ciencias naturales 1

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7/17/2019 Ciencias Naturales 1 http://slidepdf.com/reader/full/ciencias-naturales-1-568c58f5edc48 1/30 Ciencias naturales I María Joselevich Milena Rosenzvit Sofía Martínez Laura Melchiorre Marcela Gleiser Rodrigo Laje Diego Galperin Ana Sargodoroschi  “  N  a  d  a   d  e   l   o  t  r  o   m  u  n  d  o  ”  u  n  a   i  n  q  u  i  e  t  a  n  t  e   n  o  v  e   l  a   g  r  á  fi  c  a    N  o  t  a  s   m  a  r  g  i  n  a   l  e  s   q  u  e   aco  m  p  a  ñ  a  n    l  a    l  e  c  t  u  r  a í   p í  y    g ó  n  E  x  p  e  r  i  e  n  c  i  a  s    h  istóric  a  s   y   a  c  t  u  a   l  e  s NAP: 7.º AÑO Y 1.º AÑO PBA: 1.º AÑO (7.º ESB) CABA: 7.º GRADO Diversidad, interacciones y cambios    F   u   e   r   a     d   e         R   e   c   u   r   s   o   s   a   u    d    i   o   v    i   s   u   a    l   e   s

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Diversidad, interacciones y cambios

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Page 1: Ciencias Naturales 1

7172019 Ciencias Naturales 1

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Ciencias

naturales I

Mariacutea JoselevichMilena Rosenzvit

Sofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre

Marcela GleiserRodrigo Laje

Diego GalperinAna Sargodoroschi

ldquo N a d a d e l o t r o m u n d o rdquo u n a

i n q u i e t a n t e n o v e l a g r aacute fi c a

C u a d e r n o d e c i e n c i a s

N o t a s m a r g i n a l e s q u e

a c o m p a ntilde a n l a l e c t u r a

A r t iacute c u l o s p e r i o d iacute s t i

y d e d i v u l g a c i oacute n c i e n

E x p e r i e n c i a s h i s t oacute r i c a s y a c t u a l e s

NAP 7ordm ANtildeO Y 1ordm

ANtildeO PBA 1ordm ANtildeO (7ordm ESB)

CABA 7ordm GRADO

Diversidad interaccionesy cambios

F u e r a

d e

S E R I E

R e c u r s o s

a u d i o v i s u a

l e s

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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta

Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten

EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas

AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre

Milena RosenzvitAna Sargorodschi

CorreccioacutenCarolina Calabrese

Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez

Disentildeo de tapaCecilia Aranda

Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda

Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]

Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany

IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg

Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer

copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina

FOTOGRAFIacuteA

Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan

Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina

Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723

Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014

240 p 27 x 21 cm

ISBN 978-987-642-313-7

1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV

Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus

CDD 570712

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Fuera de

SERIE

Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios

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4

Bloque I Los materiales

1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15

Los materiales y sus propiedades16

Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16

Propiedades intensivas y extensivas 17

Medicioacuten de las propiedades extensivas 18

Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19

Temperatura de fusioacuten 19

Temperatura de ebullicioacuten 19

Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19

Conduccioacuten de la electricidad 20

Magnetismo 20

Densidad 20

Propiedades organoleacutepticas 20

Solubilidad 21

Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir

una sustancia por su solubilidad 21

El modelo corpuscular de la materia 22

Los estados de agregacioacuten de la materia23

Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24

Los metales 24

El vidrio 24

Los ceraacutemicos 25

Los plaacutesticos 25

La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26

Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26

Actividades de repaso e integracioacuten 27

2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29

Sistemas materiales 30

Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31

Sustancias puras y mezclas 32

Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32

Clasificacioacuten de las mezclas 33

Mezclas heterogeacuteneas 33

Meacutetodos de separacioacuten de fases 34

Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35

Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35

Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36

Evaporacioacuten 36

Destilacioacuten simple y fraccionada 36

La separacioacuten de sustancias en la industria 37

La solubilidad 38

Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39

Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura

iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39

Solubilidad de gases en liacutequidos40

Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40

Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41

Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41

Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41

Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42

Actividades de repaso e integracioacuten 43

3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45

Los estados de agregacioacuten del agua 46

Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46

La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47

Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten

del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47

El agua como solvente 48

El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49

El agua en la Tierra 49

Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49

El agua potable 50

Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50

Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51

Usos del agua en las actividades humanas 52

Usos consuntivos y no consuntivos 52

Disposicioacuten de las aguas 53

Depuracioacuten de efluentes53

Contaminacioacuten el agua 54

Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54

Actividades de repaso e integracioacuten 55

Bloque 2 El mundo fiacutesico

4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61

Descripcioacuten del movimiento 62

Sistema de referencia 62

Magnitudes escalares y vectoriales 63

Trayectoria 63

Rapidez y velocidad 64

Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas

con y sin carga 65

Medir la rapidez de los cuerpos 65

Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66

La fuerza como medida de interaccioacuten 67

Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67

Superposicioacuten y balance de fuerzas 68

Aceleracioacuten de la gravedad 68

Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69

Inercia y masa 70

Fuerzas de contacto 70

Fuerzas a distancia 71

Diferencia entre masa y peso 71

La fuerza de rozamiento 72

La Ley de Gravitacioacuten Universal 72

La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73

El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74

Actividades de repaso e integracioacuten 75

5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77

Cambios en un sistema 78

Cambios complementarios 78

Sistemas aislado y no aislados 79

Balance de cambios la energiacutea 79

Formas de la energiacutea 80

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta

Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten

EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas

AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre

Milena RosenzvitAna Sargorodschi

CorreccioacutenCarolina Calabrese

Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez

Disentildeo de tapaCecilia Aranda

Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda

Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]

Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany

IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg

Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer

copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina

FOTOGRAFIacuteA

Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan

Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina

Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723

Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014

240 p 27 x 21 cm

ISBN 978-987-642-313-7

1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV

Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus

CDD 570712

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Fuera de

SERIE

Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios

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4

Bloque I Los materiales

1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15

Los materiales y sus propiedades16

Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16

Propiedades intensivas y extensivas 17

Medicioacuten de las propiedades extensivas 18

Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19

Temperatura de fusioacuten 19

Temperatura de ebullicioacuten 19

Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19

Conduccioacuten de la electricidad 20

Magnetismo 20

Densidad 20

Propiedades organoleacutepticas 20

Solubilidad 21

Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir

una sustancia por su solubilidad 21

El modelo corpuscular de la materia 22

Los estados de agregacioacuten de la materia23

Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24

Los metales 24

El vidrio 24

Los ceraacutemicos 25

Los plaacutesticos 25

La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26

Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26

Actividades de repaso e integracioacuten 27

2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29

Sistemas materiales 30

Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31

Sustancias puras y mezclas 32

Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32

Clasificacioacuten de las mezclas 33

Mezclas heterogeacuteneas 33

Meacutetodos de separacioacuten de fases 34

Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35

Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35

Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36

Evaporacioacuten 36

Destilacioacuten simple y fraccionada 36

La separacioacuten de sustancias en la industria 37

La solubilidad 38

Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39

Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura

iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39

Solubilidad de gases en liacutequidos40

Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40

Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41

Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41

Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41

Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42

Actividades de repaso e integracioacuten 43

3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45

Los estados de agregacioacuten del agua 46

Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46

La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47

Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten

del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47

El agua como solvente 48

El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49

El agua en la Tierra 49

Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49

El agua potable 50

Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50

Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51

Usos del agua en las actividades humanas 52

Usos consuntivos y no consuntivos 52

Disposicioacuten de las aguas 53

Depuracioacuten de efluentes53

Contaminacioacuten el agua 54

Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54

Actividades de repaso e integracioacuten 55

Bloque 2 El mundo fiacutesico

4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61

Descripcioacuten del movimiento 62

Sistema de referencia 62

Magnitudes escalares y vectoriales 63

Trayectoria 63

Rapidez y velocidad 64

Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas

con y sin carga 65

Medir la rapidez de los cuerpos 65

Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66

La fuerza como medida de interaccioacuten 67

Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67

Superposicioacuten y balance de fuerzas 68

Aceleracioacuten de la gravedad 68

Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69

Inercia y masa 70

Fuerzas de contacto 70

Fuerzas a distancia 71

Diferencia entre masa y peso 71

La fuerza de rozamiento 72

La Ley de Gravitacioacuten Universal 72

La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73

El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74

Actividades de repaso e integracioacuten 75

5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77

Cambios en un sistema 78

Cambios complementarios 78

Sistemas aislado y no aislados 79

Balance de cambios la energiacutea 79

Formas de la energiacutea 80

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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11

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iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta

Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten

EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas

AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre

Milena RosenzvitAna Sargorodschi

CorreccioacutenCarolina Calabrese

Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez

Disentildeo de tapaCecilia Aranda

Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda

Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]

Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany

IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg

Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer

copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina

FOTOGRAFIacuteA

Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan

Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina

Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723

Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014

240 p 27 x 21 cm

ISBN 978-987-642-313-7

1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV

Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus

CDD 570712

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Fuera de

SERIE

Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios

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4

Bloque I Los materiales

1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15

Los materiales y sus propiedades16

Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16

Propiedades intensivas y extensivas 17

Medicioacuten de las propiedades extensivas 18

Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19

Temperatura de fusioacuten 19

Temperatura de ebullicioacuten 19

Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19

Conduccioacuten de la electricidad 20

Magnetismo 20

Densidad 20

Propiedades organoleacutepticas 20

Solubilidad 21

Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir

una sustancia por su solubilidad 21

El modelo corpuscular de la materia 22

Los estados de agregacioacuten de la materia23

Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24

Los metales 24

El vidrio 24

Los ceraacutemicos 25

Los plaacutesticos 25

La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26

Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26

Actividades de repaso e integracioacuten 27

2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29

Sistemas materiales 30

Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31

Sustancias puras y mezclas 32

Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32

Clasificacioacuten de las mezclas 33

Mezclas heterogeacuteneas 33

Meacutetodos de separacioacuten de fases 34

Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35

Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35

Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36

Evaporacioacuten 36

Destilacioacuten simple y fraccionada 36

La separacioacuten de sustancias en la industria 37

La solubilidad 38

Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39

Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura

iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39

Solubilidad de gases en liacutequidos40

Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40

Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41

Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41

Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41

Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42

Actividades de repaso e integracioacuten 43

3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45

Los estados de agregacioacuten del agua 46

Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46

La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47

Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten

del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47

El agua como solvente 48

El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49

El agua en la Tierra 49

Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49

El agua potable 50

Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50

Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51

Usos del agua en las actividades humanas 52

Usos consuntivos y no consuntivos 52

Disposicioacuten de las aguas 53

Depuracioacuten de efluentes53

Contaminacioacuten el agua 54

Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54

Actividades de repaso e integracioacuten 55

Bloque 2 El mundo fiacutesico

4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61

Descripcioacuten del movimiento 62

Sistema de referencia 62

Magnitudes escalares y vectoriales 63

Trayectoria 63

Rapidez y velocidad 64

Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas

con y sin carga 65

Medir la rapidez de los cuerpos 65

Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66

La fuerza como medida de interaccioacuten 67

Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67

Superposicioacuten y balance de fuerzas 68

Aceleracioacuten de la gravedad 68

Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69

Inercia y masa 70

Fuerzas de contacto 70

Fuerzas a distancia 71

Diferencia entre masa y peso 71

La fuerza de rozamiento 72

La Ley de Gravitacioacuten Universal 72

La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73

El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74

Actividades de repaso e integracioacuten 75

5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77

Cambios en un sistema 78

Cambios complementarios 78

Sistemas aislado y no aislados 79

Balance de cambios la energiacutea 79

Formas de la energiacutea 80

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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11

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12

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 4: Ciencias Naturales 1

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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta

Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten

EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas

AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre

Milena RosenzvitAna Sargorodschi

CorreccioacutenCarolina Calabrese

Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez

Disentildeo de tapaCecilia Aranda

Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda

Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]

Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany

IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg

Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer

copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina

FOTOGRAFIacuteA

Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan

Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina

Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723

Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014

240 p 27 x 21 cm

ISBN 978-987-642-313-7

1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV

Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus

CDD 570712

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Fuera de

SERIE

Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios

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4

Bloque I Los materiales

1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15

Los materiales y sus propiedades16

Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16

Propiedades intensivas y extensivas 17

Medicioacuten de las propiedades extensivas 18

Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19

Temperatura de fusioacuten 19

Temperatura de ebullicioacuten 19

Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19

Conduccioacuten de la electricidad 20

Magnetismo 20

Densidad 20

Propiedades organoleacutepticas 20

Solubilidad 21

Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir

una sustancia por su solubilidad 21

El modelo corpuscular de la materia 22

Los estados de agregacioacuten de la materia23

Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24

Los metales 24

El vidrio 24

Los ceraacutemicos 25

Los plaacutesticos 25

La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26

Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26

Actividades de repaso e integracioacuten 27

2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29

Sistemas materiales 30

Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31

Sustancias puras y mezclas 32

Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32

Clasificacioacuten de las mezclas 33

Mezclas heterogeacuteneas 33

Meacutetodos de separacioacuten de fases 34

Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35

Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35

Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36

Evaporacioacuten 36

Destilacioacuten simple y fraccionada 36

La separacioacuten de sustancias en la industria 37

La solubilidad 38

Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39

Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura

iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39

Solubilidad de gases en liacutequidos40

Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40

Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41

Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41

Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41

Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42

Actividades de repaso e integracioacuten 43

3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45

Los estados de agregacioacuten del agua 46

Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46

La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47

Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten

del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47

El agua como solvente 48

El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49

El agua en la Tierra 49

Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49

El agua potable 50

Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50

Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51

Usos del agua en las actividades humanas 52

Usos consuntivos y no consuntivos 52

Disposicioacuten de las aguas 53

Depuracioacuten de efluentes53

Contaminacioacuten el agua 54

Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54

Actividades de repaso e integracioacuten 55

Bloque 2 El mundo fiacutesico

4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61

Descripcioacuten del movimiento 62

Sistema de referencia 62

Magnitudes escalares y vectoriales 63

Trayectoria 63

Rapidez y velocidad 64

Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas

con y sin carga 65

Medir la rapidez de los cuerpos 65

Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66

La fuerza como medida de interaccioacuten 67

Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67

Superposicioacuten y balance de fuerzas 68

Aceleracioacuten de la gravedad 68

Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69

Inercia y masa 70

Fuerzas de contacto 70

Fuerzas a distancia 71

Diferencia entre masa y peso 71

La fuerza de rozamiento 72

La Ley de Gravitacioacuten Universal 72

La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73

El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74

Actividades de repaso e integracioacuten 75

5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77

Cambios en un sistema 78

Cambios complementarios 78

Sistemas aislado y no aislados 79

Balance de cambios la energiacutea 79

Formas de la energiacutea 80

7172019 Ciencias Naturales 1

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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11

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12

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Fuera de

SERIE

Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios

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4

Bloque I Los materiales

1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15

Los materiales y sus propiedades16

Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16

Propiedades intensivas y extensivas 17

Medicioacuten de las propiedades extensivas 18

Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19

Temperatura de fusioacuten 19

Temperatura de ebullicioacuten 19

Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19

Conduccioacuten de la electricidad 20

Magnetismo 20

Densidad 20

Propiedades organoleacutepticas 20

Solubilidad 21

Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir

una sustancia por su solubilidad 21

El modelo corpuscular de la materia 22

Los estados de agregacioacuten de la materia23

Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24

Los metales 24

El vidrio 24

Los ceraacutemicos 25

Los plaacutesticos 25

La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26

Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26

Actividades de repaso e integracioacuten 27

2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29

Sistemas materiales 30

Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31

Sustancias puras y mezclas 32

Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32

Clasificacioacuten de las mezclas 33

Mezclas heterogeacuteneas 33

Meacutetodos de separacioacuten de fases 34

Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35

Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35

Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36

Evaporacioacuten 36

Destilacioacuten simple y fraccionada 36

La separacioacuten de sustancias en la industria 37

La solubilidad 38

Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39

Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura

iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39

Solubilidad de gases en liacutequidos40

Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40

Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41

Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41

Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41

Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42

Actividades de repaso e integracioacuten 43

3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45

Los estados de agregacioacuten del agua 46

Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46

La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47

Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten

del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47

El agua como solvente 48

El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49

El agua en la Tierra 49

Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49

El agua potable 50

Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50

Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51

Usos del agua en las actividades humanas 52

Usos consuntivos y no consuntivos 52

Disposicioacuten de las aguas 53

Depuracioacuten de efluentes53

Contaminacioacuten el agua 54

Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54

Actividades de repaso e integracioacuten 55

Bloque 2 El mundo fiacutesico

4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61

Descripcioacuten del movimiento 62

Sistema de referencia 62

Magnitudes escalares y vectoriales 63

Trayectoria 63

Rapidez y velocidad 64

Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas

con y sin carga 65

Medir la rapidez de los cuerpos 65

Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66

La fuerza como medida de interaccioacuten 67

Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67

Superposicioacuten y balance de fuerzas 68

Aceleracioacuten de la gravedad 68

Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69

Inercia y masa 70

Fuerzas de contacto 70

Fuerzas a distancia 71

Diferencia entre masa y peso 71

La fuerza de rozamiento 72

La Ley de Gravitacioacuten Universal 72

La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73

El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74

Actividades de repaso e integracioacuten 75

5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77

Cambios en un sistema 78

Cambios complementarios 78

Sistemas aislado y no aislados 79

Balance de cambios la energiacutea 79

Formas de la energiacutea 80

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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11

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12

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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4

Bloque I Los materiales

1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15

Los materiales y sus propiedades16

Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16

Propiedades intensivas y extensivas 17

Medicioacuten de las propiedades extensivas 18

Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19

Temperatura de fusioacuten 19

Temperatura de ebullicioacuten 19

Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19

Conduccioacuten de la electricidad 20

Magnetismo 20

Densidad 20

Propiedades organoleacutepticas 20

Solubilidad 21

Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir

una sustancia por su solubilidad 21

El modelo corpuscular de la materia 22

Los estados de agregacioacuten de la materia23

Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24

Los metales 24

El vidrio 24

Los ceraacutemicos 25

Los plaacutesticos 25

La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26

Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26

Actividades de repaso e integracioacuten 27

2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29

Sistemas materiales 30

Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31

Sustancias puras y mezclas 32

Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32

Clasificacioacuten de las mezclas 33

Mezclas heterogeacuteneas 33

Meacutetodos de separacioacuten de fases 34

Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35

Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35

Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36

Evaporacioacuten 36

Destilacioacuten simple y fraccionada 36

La separacioacuten de sustancias en la industria 37

La solubilidad 38

Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39

Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura

iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39

Solubilidad de gases en liacutequidos40

Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40

Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41

Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41

Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41

Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42

Actividades de repaso e integracioacuten 43

3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45

Los estados de agregacioacuten del agua 46

Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46

La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47

Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten

del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47

El agua como solvente 48

El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49

El agua en la Tierra 49

Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49

El agua potable 50

Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50

Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51

Usos del agua en las actividades humanas 52

Usos consuntivos y no consuntivos 52

Disposicioacuten de las aguas 53

Depuracioacuten de efluentes53

Contaminacioacuten el agua 54

Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54

Actividades de repaso e integracioacuten 55

Bloque 2 El mundo fiacutesico

4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61

Descripcioacuten del movimiento 62

Sistema de referencia 62

Magnitudes escalares y vectoriales 63

Trayectoria 63

Rapidez y velocidad 64

Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas

con y sin carga 65

Medir la rapidez de los cuerpos 65

Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66

La fuerza como medida de interaccioacuten 67

Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67

Superposicioacuten y balance de fuerzas 68

Aceleracioacuten de la gravedad 68

Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69

Inercia y masa 70

Fuerzas de contacto 70

Fuerzas a distancia 71

Diferencia entre masa y peso 71

La fuerza de rozamiento 72

La Ley de Gravitacioacuten Universal 72

La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73

El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74

Actividades de repaso e integracioacuten 75

5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77

Cambios en un sistema 78

Cambios complementarios 78

Sistemas aislado y no aislados 79

Balance de cambios la energiacutea 79

Formas de la energiacutea 80

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 7: Ciencias Naturales 1

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5

Energiacutea cineacutetica 80

Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81

Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83

Energiacutea teacutermica 84

Energiacutea de radiacioacuten 84

Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84

La ldquoescalerardquo de energiacutea 85

Trabajo calor y energiacutea 86

El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86

Maacutequinas simples 87

La palanca 87

El plano inclinado 87

La polea 87

Conservacioacuten de la energiacutea 88

Sistemas aislados cerrados y abiertos 88

Actividades de repaso e integracioacuten 89

6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91

Temperatura y calor 92

La temperatura y el sentido del tacto 92

Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92

Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92

La temperatura y los termoacutemetros 93

Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93

Calor o conduccioacuten 94

Conveccioacuten 94

Radiacioacuten 95

Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95

Temperatura y materia 96

Cambios de tamantildeo por temperatura 96

Temperatura calor y cambios de fase 96

El agua y el calor 97

Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97

Ondas perturbaciones que se propagan 98

Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98

Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99

Atenuacioacuten con la distancia 99

El sonido 100

Altura e intensidad de un tono 100

Velocidad del sonido 100

Ondas electromagneacuteticas 101

El espectro electromagneacutetico 101

Ultravioleta 101

Luz visible y colores 102

Infrarrojo y calor 102

Microondas 102Ondas de radio 102

Actividades de repaso e integracioacuten 103

Bloque 3 La Tierra y el Universo

7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109

La observacioacuten del cielo 110

Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111

Figuras en el cielo 112

Cambios y regularidades en el cielo 113

Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr

de las horas 113

El cielo da vueltas 114

Un reloj en el cielo nocturno 115

Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115

Las fases lunares 116

Los planetas en el cielo 117

Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118

Otro orden posible el Sol en el centro 119

El Sol ya no es el centro 120

Actividades de repaso e integracioacuten 121

8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar

el espacio 123

Los recursos de la Tierra 124

Los subsistemas terrestres 124

Los recursos y los materiales 127

El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127

Los recursos y la energiacutea 128

Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129

El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129

La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130

El problema de las bolsas de plaacutestico 130

La basura fuera de la Tierra 131

Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131

Opciones para la gestioacuten de residuos 132

Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132

Las tres R reducir reusar reciclar 133

Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales

que desechamos puede recuperarse 133

El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134

Actividades de repaso e integracioacuten 135

Bloque 4 Los seres vivos

9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141

La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142

Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143

Los seres vivos como sistemas abiertos 144

Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145

Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan

las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145

La regulacioacuten del medio interno 146

Los seres vivos se reproducen147

Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148

Los seres vivos cambian y se diversifican 149

Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149

La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150

La biodiversidad 151

Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151

Clasificar la vida 152

Organizar la biodiversidad en el presente 153

Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154

Actividades de repaso e integracioacuten 155

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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11

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12

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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6

10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157

La nutricioacuten de las plantas 158

Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158

La fotosiacutentesis 159

Diversidad de autoacutetrofos 160

Protistas fotoautoacutetrofos 161

Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca

de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162

Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias

quimiosinteacuteticas 164

Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165

Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera

si no hay nutrientes en el suelo 165

La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166

El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167

Relacioacuten de las plantas con el medio 168

Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168

Las plantas y los estiacutemulos 169

Nastias y tropismos 169

Fotoperiodicidad y latencia 170

Actividades de repaso e integracioacuten 171

11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174

La nutricioacuten de los animales 174

La alimentacioacuten de los vertebrados 175

La alimentacioacuten en los vertebrados 176

Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal

de un insecto con su alimentacioacuten 176

La digestioacuten de los animales 177

Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177

Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178

Los protistas heteroacutetrofos 179

Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181

La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182

Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio

de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182

Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183

Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos

para el ser humano 184

Actividades de repaso e integracioacuten 185

12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187

Los ambientes naturales 188

Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188

Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190

Las relaciones dentro de una comunidad 191

Las relaciones alimentarias en una comunidad 192

Cadenas troacuteficas 192

Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en

el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193

Redes troacuteficas 193

La materia en los ecosistemas 194

La materia se recicla 194

Los ciclos de la materia 195

Ciclo del carbono 195

Ciclo del nitroacutegeno 195

Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos

descomponedores en el crecimiento de las plantas196

Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196

La energiacutea fluye 197

El estudio de los ecosistemas 198

Desequilibrios peligrosos 199

Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200

Actividades de repaso e integracioacuten 201

13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203

Las funciones del cuerpo humano 204

La organizacioacuten del cuerpo humano 204

La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205

La funcioacuten de sosteacuten y movimiento

el sistema osteoartromuscular 206

Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207

La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208

La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209

El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia

cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210

Los estiacutemulos y los sentidos 211

El sistema endocrino212

La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213

La funcioacuten de reproduccioacuten 214

El sistema reproductor masculino 214

El sistema reproductor femenino 215

Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215

El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216

La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas

y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217

14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219

Los nutrientes como materiales del cuerpo 220

Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220

Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad

de los marineros 221

La importancia de los nutrientes en la dieta 221

La funcioacuten de los nutrientes 222

Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223

La alimentacioacuten en los seres humanos 224

La nutricioacuten en los seres humanos 225

La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227

Las glaacutendulas anexas 227

Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227

La circulacioacuten 228

El corazoacuten 229

El movimiento del corazoacuten 229

La respiracioacuten 230

La excrecioacuten 231

Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232

Actividades de repaso e integracioacuten 233

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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11

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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7

Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura

Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de

competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales

iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio

iquestCoacutemo eseste libro

En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema

En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina

Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos

Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico

Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de

casos concretos iexclBueniacutesimo

Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales

P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten

h tt p bit l y E DVC N007

iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros

ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en

el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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8

iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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9

iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al

r espec to iexclInv estigar

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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10

iquestBas t a que v ar ios

sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a

af ir mar que f uer on

causados por el mismo

f enoacutemeno

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12

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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13

iquestSe puede av er iguar de

queacute ma t er ial es t aacute hecho

un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1

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14

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 17: Ciencias Naturales 1

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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155

1

iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a

T ie r r a

Con t inuar aacute en l a paacutegina 29

1

Bloque I

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Los materiales y sus propiedades

La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos

que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-

culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de

los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares

muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones

fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los

mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial

Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber

si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades

n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar

las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel

entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante

para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta

pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera

Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con

muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco

Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal

conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales

maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio

tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-

tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto

TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA

LA HISTORIA DE LA

LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario

estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron

para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas

la lamparita eleacutectrica

E

iquestPar a queacute se puede usar un

ma t er ial

iexcl Analizar sus pr opie d ad e s

iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e

Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema

Thomas Alva Edison

16

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Propiedades intensivas y extensivas

Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay

que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-

do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto

que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de

emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades

En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener

Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-

rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su

tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente

eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad

sin importar cuaacuten largos y delgados sean

Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-

das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-

cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-

rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten

son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas

Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-

tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute

estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante

el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-

to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-

dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa

E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os

fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a

raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica

raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a

cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se

iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na

Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab

e r q ueacute mat e r ial e s

La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla

la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para

medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)

El cobre es un material conductor

la corriente por eso se lo emplea

la fabricacioacuten de cables y artefact

eleacutectricos

P r o piedades in t ensiv as t ienen

que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada

sus t ancia o ma t er ial A

C

B

D

17

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Los ins t r umen t os de

medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e

Medicioacuten de las propiedades extensivas

Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-

dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado

por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten

(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o

las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-

mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la

magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes

Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la

cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos

(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden

usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-

dades adecuadas

La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo

Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades

Para medirla se utilizan balanzas

Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-

dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las

subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para

medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo

usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de

longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las

mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud

el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-

cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en

el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito

negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten

En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-

tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se

refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos

iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o

983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140

Longitud metro m

Masa gramo g

Tiempo segundo s

Corriente eleacutectrica ampere A

Temperatura

termodinaacutemicagrado Kelvin K

Cantidad de materia mol mol

Intensidad luminosa candela Cd

iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna

Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia

par a medir

Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo

Patroacuten de medida de la

masa Es la masa que tiene

un cilindro de platino e iri-

dio protegido dentro de dos

caacutepsulas de vidrio y guarda-

do en la Oficina Internacio-

nal de Pesas y Medidas en

Segravevres Francia

18

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 21: Ciencias Naturales 1

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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y

comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-

dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes

adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a

identificar un material desconocido

Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-

turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la

densidad y la solubilidad

Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura

de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa

de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la

temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica

Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC

y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en

las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la

sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la

temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido

Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se

evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que

todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-

peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-

ficacioacuten de un material

iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo

iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas

Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a

de t er minada

iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten

Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-

dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-

la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-

1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia

Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala

dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos

Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg

LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS

Termoacutemetro

de alcohol con

escala en grados

Celsius

iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten

y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute

pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia

19

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 22: Ciencias Naturales 1

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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad

de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se

puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica

Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo

aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes

realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de

ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-

dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-

tirse a traveacutes de algunos materiales

Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos

800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo

la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas

Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de

caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad

del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad

no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles

Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean

MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les

acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son

llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel

DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas

sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por

ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad

es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-

do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro

cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a

igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas

Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo

que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-

leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color

Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos

todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-

vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo

Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten

en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por

ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y

calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas

que sea posible

Magnetizacioacuten de clavos de

hierro al acercarles un imaacuten

Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers

Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos

se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de

un imaacuten

iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies

cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado

sf er a de v idr io

pl umi t as

20

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 23: Ciencias Naturales 1

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NO TAS D E LA BO RA TO RIO

Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua

Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor

que la de otras

Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio

ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de

agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se

revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar

hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace

lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio

Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver

respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato

No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato

2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso

983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia

por su solubilidad

Sol u t o ma t er ial que se incor por a o

disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en

el cual es incor por ado el sol u t o

P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os

Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten

SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse

con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los

materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que

se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado

al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el

saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute

en el fondo

La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir

y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en

gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del

ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-

ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del

soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida

La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s

iquest Pa sar aacute algo si se

cambia el sol ven t e

iquest Todos per cibimos las

pr o piedades or ganoleacute p t icas de la

misma maner a

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4

Ver ex per iencia en

h t t pbi t l yE D VCN021

sal bicarbonatode sodio

21

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 24: Ciencias Naturales 1

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El modelo corpuscular de la materia

Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-

toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-

sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible

observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que

no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan

pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para

ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-

sentaciones llamadas modelos

Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la

antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-

mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-

culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron

aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de

acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo

Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-

nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es

continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-

ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban

a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos

Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-

ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-

merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la

materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se

acepta en la actualidad

A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-

mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de

Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica

Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-

can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos

diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-

tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo

Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan

fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las

moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que

contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno

Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas

que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas

Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-

racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede

representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos

o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-

dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas

Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias

Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten

f or madas por aacute t omos que se

agr u pan de dis t in t as maner as

iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as

Muchas propiedades del agua

se pueden explicar tomando

las moleacuteculas de agua como

partiacuteculas En la imagen las

esferas verdes representan

las moleacuteculas de agua

Aristoacuteteles Demoacutecrito

22

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

Page 25: Ciencias Naturales 1

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Los estados de agregacioacuten de la materia

Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas

por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la

materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la

existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de

los distintos estados de la materia

En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil

separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma

de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan

a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y

decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido

Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas

se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-

la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este

caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el

cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-

tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y

ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia

E st ad os d e l a mat e r ia

soacutel id o l iacute q uid o gase oso

Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse

as sondas Cassini y Huygens que es-

taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-

lite maacutes grande de Saturno han enviado

a la Tierra una informacioacuten impactante

en ese cuerpo celeste con una temperatu-

ra superficial de -179 degC existen riacuteos de

metano y el agua se encuentra en estado

soacutelido como las rocas en la Tierra

Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-

blema de traer a la Tierra muestras de

esos materiales para estudiarlos pues al

cambiar las condiciones de temperatura

y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-

biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-

peratura y presioacuten normales de nuestro

medio ambiente el metano es un gas (es

el componente principal del gas natural

que se usa en las cocinas)

Cuando pensamos en el agua es muy

probable que la imaginemos en esta-

do liacutequido como se encuentra en riacuteos

y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil

hallarla en otros estados de agregacioacuten

soacutelido en las cumbres nevadas y en los

glaciares o gaseoso como vapor de agua

cuando la hervimos en una olla En cam-

bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-

ple y principal componente del gas natu-

ral lo imaginamos por lo general como

un gas bull

RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN

L

Sonda Cassini de la NASA

Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos

de metano de Titaacuten

Para repasar lo visto hasta acaacute

paacutegina 27 actividades 5 a 9

La s c ondici one s de di s t in t o s

plane t a s hacen q ue la s

su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s

e s t ad o s de agr egaci oacuten

En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el

me t an o par a c ocinar

M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R

1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-

r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os

2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar

mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a

23

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

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Page 26: Ciencias Naturales 1

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Teacutecnica del soplado del

vidrio

Herramientas de la Edad de

Piedra talladas en roca

Vasija metaacutelica de la Edad

del Bronce

Los materiales en la historia

Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-

truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-

giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad

Los metales

Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba

materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos

los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-

tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se

obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la

Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel

se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente

Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el

estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-

te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos

el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto

fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy

alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro

Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-

clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan

que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-

quentildea proporcioacuten de carbono

El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de

los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba

riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-

zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que

se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear

puntas de flecha joyas y espejos

En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de

bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los

egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el

vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el

antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar

una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos

Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-

maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las

construcciones aprovechando su transparencia

El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-

llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir

vidrios con distintas propiedades

E l a vance de la t ecnologiacutea

(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute

la pr oduccioacuten de nue vos

ma t er iales (hier r o)

E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n

un mol de par a dar le la f or ma de se ada

iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido

gaseoso) es t aacute el vidr io cuando

se lo me t e en el molde iquest Y

cuando se lo saca

24

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

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10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se

construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden

darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-

tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee

obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los

platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las

naves espaciales

Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-

lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-

ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra

dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-

sis meacutedicas

Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-

ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni

son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-

jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan

para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-

derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares

que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones

espaciales

Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares

hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-

dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-

zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial

Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan

al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los

hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-

mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de

una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni

el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-

ducen la electricidad

La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso

masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha

un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la

tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se

los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes

Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de

hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-

tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-

dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que

son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con

ayuda del oxiacutegeno del aire)

Vasija ceraacutemica de Grecia

antigua de unos 2500 antildeos

de antiguumledad

El plaacutestico se utiliza hoy en

diacutea para fabricar una enorme

variedad de objetos

Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te

25

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

983141983148983273983139983156983154983145983139983137)

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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales

Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de

diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-

tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas

pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el

zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se

derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-

ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-

dades al mismo tiempo

Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-

minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese

a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica

otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros

cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo

las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas

Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor

a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-

terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir

sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua

M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R

MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos

que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-

diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio

Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas

y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-

mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos

Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio

Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de

alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull

L

Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12

iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales

empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to

par a misiones espaciales

26

983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

27

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)

3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

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10000 a

10000086 961 62 21 98 96 48

983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)

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Actividades de repaso

Bloque 2

1 Respondan las siguientes preguntas

a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material

para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica

b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio

(Investiguen en Internet antes de responder)

c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-

tensiva o extensiva

2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-

sivas que se mencionaron en este capiacutetulo

3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-

vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-

dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-

cos) Aporten ejemplos

4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua

5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute

distintas sustancias tienen distintas densidades

6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-

tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido

o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-

tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo

7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema

mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no

aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo

8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus

carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado

en el graacuteco

9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar

muchas propiedades tanto extensivas como intensivas

Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-

tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de

lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-

mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen

en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales

se haya utilizado el agua como patroacuten

10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con

materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-

tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-

les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los

pisos los techos la pintura etceacutetera)

11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron

para la actividad anterior y expliquen para los seis

objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en

cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-

cado cada uno de ellos

12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen

abajo (algunas palabras se repiten)

a Los son buenos conductores de la elec-

tricidad Por eso se usan para construir

Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de

materiales los pues estos uacuteltimos son

de la electricidad

b Los tambieacuten son buenos conductores

del Por eso se utilizan para fabricar

de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-

rosos o etc Los y los

son muy resistentes a los microorga-

nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua

metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull

utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables

Actividades de repaso

Cubo que contiene

1 kg de agua a 20 ordmC

hielo

+ agua

liacutequida

agua

liacutequida

vaporagua liacutequida + vapor

Aumento de energiacutea

hielo

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia

E s t ad o s de ag r egaci oacuten

s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o

er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028

1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

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3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141

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Actividades de integracioacuten

Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de

su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella

digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s

ma t e r iale s

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1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-

llante y que es buen conductor de la electricidad y el

calor Sin embargo hay un problema este material se

derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute

tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-

piedad podriacutean estudiar para identicar el material

2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar

sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde

a 30 degC)

3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-

rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura

de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para

freiacuter alimentos iquestPor queacute

4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-

do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes

conveniente

5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que

estaacuten a continuacioacuten

a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una

bombilla eleacutectrica con mercurio

b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de

mercurio si hubiera vivido en Titaacuten

c De los materiales listados en la tabla y utilizando

solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente

para construir el lamento de una bombita eleacutectrica

iquestPor queacute

d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla

iquestcoacutemo lo hariacutean

P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s

I nt e nsiv as Lo ngit ud

V o l ume n

C ant id ad d e masa

E xtensivas

Tempera tura de f usioacuten

Temperatur a de ebul licioacuten

Conduccioacuten de la elect r icidad

Magne tismo

Solubilidad

De sidad

983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno

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3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422

983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137

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