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MateriaDefinición: Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio

La Química es la ciencia que estudia su naturaleza, composición y transformación.

Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir.

 Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, el computador y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está  hecho de materia.

Los planetas del Universo, los seres vivos como los insectos y los objetos inanimados como las rocas, están también hechos de materia.

De acuerdo a estos ejemplos, en el mundo natural existen distintos tipos de materia, la cual puede estar constituida por dos o más materiales diferentes, tales como la leche, la madera, un trozo de granito, el azúcar, etc. Si un trozo de granito se muele, se obtienen diferentes tipos de materiales

La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa, la cual se mide normalmente en kilogramos o en unidades múltiplo o submúltiplo de ésta (en química, a menudo se mide en gramos). La masa representa una medida de la inercia o resistencia que opone un cuerpo a acelerarse cuando se halla sometido a una fuerza. Esta fuerza puede derivarse del campo gravitatorio terrestre, y en este caso se denomina peso.  (La masa y el peso se confunden a menudo en el lenguaje corriente; no son sinónimos).

Volumen de un cuerpo es el lugar o espacio que ocupa. Existen cuerpos de muy diversos tamaños. Para expresar el volumen de un cuerpo se utiliza el metro cúbico (m³) y demás múltiplos y submúltiplos.

Composición de la materia

La materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su vez, se componen de otras aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas, las cuales  se agrupan para constituir los diferentes objetos.

Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar en combinación.  Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los protones y neutrones y una corteza, donde se encuentran los electrones.  Cuando el número de protones del

Las nubes son materia.

Átomos forman la materia.

núcleo es igual al de electrones de la corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro. 

Se denomina número atómico al número de protones que existen en el núcleo del átomo de un elemento.  Si un átomo pierde o gana uno o más electrones adquiere carga positiva o negativa, convirtiéndose en un ion.  Los iones se denominan cationes si tienen carga positiva y aniones si tienen carga negativa.

La mayoría de los científicos cree que toda la materia contenida en el Universo se creó en una explosión denominada Big Bang, que desprendió una enorme cantidad de calor y de energía.  Al cabo de unos pocos segundos, algunos de los haces de energía se transformaron en partículas diminutas que, a su vez, se convirtieron en los átomos que integran el Universo en que vivimos.

En la naturaleza los átomos se combinan formando las moléculas. Una molécula es una agrupación de dos o más átomos unidos mediante enlaces químicos.  La molécula es la mínima cantidad de una sustancia que puede existir en estado libre conservando todas sus propiedades químicas.

Todas las sustancias  están formadas por moléculas. Una molécula puede estar formada por un átomo (monoatómica), por dos átomos (diatómica), por tres átomos (triatómica) o más átomos (poliatómica)

Las moléculas de los cuerpos simples están formadas por uno o más átomos idénticos (es decir, de la misma clase). Las moléculas de los compuestos químicos están formadas al menos por dos átomos de distinta clase (o sea, de distintos elementos).

Continuidad de la materia

Si se tiene una determinada cantidad de una sustancia cualquiera, como por ejemplo, de agua y se desea dividirla lo más posible, en mitades sucesivas, llegará un momento en que no podrá dividirse más, ya que se obtendría la cantidad más pequeña de agua.

 Esta mínima cantidad de agua,  tal como se dijo anteriormente, corresponde a una molécula. Si esta molécula se dividiera aún más, ya no sería agua lo que se obtendría, sino que átomos de hidrógeno y de oxígeno que son los constituyentes de la molécula de agua.

 Por lo tanto, una molécula es la partícula de materia más pequeña que puede existir como sustancia compuesta. Cuando la molécula de agua: (H2O) se divide en dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, la sustancia dejó de ser agua.

Los científicos han demostrado que la materia, sea cual fuere su estado físico, es de naturaleza corpuscular, es decir, la materia está compuesta por partículas pequeñas, separadas unas de otras.

Elementos, compuestos y mezclas

Las sustancias que conforman la materia se pueden clasificar en elementos, compuestos y mezclas.

Los elementos son sustancias que están constituidas por átomos iguales, o sea de la misma naturaleza. Por ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos están constituidos por átomos diferentes.

El agua y el hidrógeno son ejemplos de sustancias puras. El agua es un compuesto mientras que el hidrógeno es un elemento. El agua está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y el hidrógeno únicamente por dos átomos de hidrógeno.

 Si se somete el agua a cambios de estado, su composición no varía porque es una sustancia pura, pero si se somete a cambios químicos el agua se puede descomponer en átomos de hidrógeno y de oxígeno. Con el hidrógeno no se puede hacer lo mismo. Si se somete al calor, la molécula seguirá estando constituida por átomos de hidrógeno. Si se intenta separarla por medios químicos siempre se obtendrá hidrógeno.

En la naturaleza existen más de cien elementos químicos conocidos (Ver Tabla Periódica de los Elementos) y más de un millón de compuestos.

Las mezclas se obtienen de la combinación de dos o más sustancias que pueden ser elementos o compuestos. En las mezclas no se establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

Las mezclas homogéneas son aquellas en las cuales todos sus componentes están distribuidos uniformemente, es decir, la concentración es la misma en toda la mezcla, en otras palabras en la mezcla hay una sola fase. Ejemplos de mezclas homogéneas son la limonada, sal disuelta en agua, etc. Este tipo de mezcla se denomina solución o disolución.

Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sus componentes no están distribuidos uniformemente en toda la mezcla, es decir, hay más de una fase; cada una de ellas mantiene sus características. Ejemplo de este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc; en ambos ejemplos se aprecia que por más que se intente disolver una sustancia en otra siempre pasado un determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus características.

Propiedades de la materia

Las propiedades de la materia corresponden a las características específicas por las cuales una sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden clasificarse en dos grupos:

Propiedades físicas: ependen fundamentalmente de la sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el sabor, etc.

Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la materia frente a otras sustancias. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está constituido de hierro).

Las propiedades físicas pueden clasificarse a su vez en dos grupos:

Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud.

Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material, independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua

Estados físicos de la materia

En condiciones no extremas de temperatura, la materia puede presentarse en tres estados físicos diferentes: estado sólido, estado líquido y estado gaseoso.

Los sólidos poseen forma propia como consecuencia de su rigidez y su resistencia a cualquier deformación.  La densidad de los sólidos es en general muy poco superior a la de los líquidos, de manera que no puede pensarse que esa rigidez característica de los sólidos sea debida a una mayor proximidad de sus moléculas; además, incluso existen sólidos como el hielo que son menos densos que el líquido del cual provienen. Además ocupan un determinado volumen y se dilatan al aumentar la temperatura.

Esa rigidez se debe a que las unidades estructurales de los sólidos, los átomos, moléculas y iones, no pueden moverse libremente en forma caótica como las moléculas de los gases o, en menor grado, de los líquidos, sino que se encuentran en posiciones fijas y sólo pueden vibrar en torno a esas posiciones fijas, que se encuentran distribuidas, de acuerdo con un esquema de ordenación, en las tres direcciones del espacio.

La estructura periódica a que da lugar la distribución espacial de los elementos constitutivos del cuerpo se denomina estructura cristalina, y el sólido resultante, limitado por caras planas paralelas, se denomina cristal.  Así, pues, cuando hablamos de estado sólido, estamos hablando realmente de estado cristalino.

Los líquidos se caracterizan por tener un volumen propio, adaptarse a la forma de la vasija en que están contenidos, poder fluir, ser muy poco compresibles y poder pasar al estado de vapor a cualquier temperatura. Son muy poco compresibles bajo presión, debido a que, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los gases, en los líquidos la distancia media entre

las moléculas es muy pequeña y, así, si se reduce aún más, se originan intensas fuerzas repulsivas entre las moléculas del líquido.

El hecho de que los líquidos ocupen volúmenes propios demuestra que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son elevadas, mucho mayores que en el caso de los gases, pero también mucho menores que en el caso de los sólidos. Las moléculas de los líquidos

no pueden difundirse libremente como las de los gases, pero las que poseen mayor energía cinética pueden vencer las fuerzas de cohesión y escapar de la superficie del líquido (evaporación).

Los gases se caracterizan porque llenan completamente el espacio en el que están encerrados.  Si el recipiente aumenta de volumen el gas ocupa inmediatamente el nuevo espacio, y esto es posible sólo porque existe una fuerza dirigida desde el seno del gas hacia las paredes del recipiente que lo contiene.  Esa fuerza por unidad de superficie es la presión.

Los gases son fácilmente compresibles y capaces de expansionarse indefinidamente.

Los cuerpos pueden  cambiar de estado al variar la presión y la temperatura. El agua en la naturaleza cambia de estado al modificarse la temperatura; se presenta en estado sólido, como nieve o hielo, como líquido y en estado gaseoso como vapor de agua (nubes).

Materia viva e inerte

La Tierra alberga a muchos seres vivos, como son las plantas y animales.  Una mariposa parece algo muy distinto de una piedra; sin embargo, ambas están compuestas de átomos, aunque éstos se combinan de manera diferente en uno y otro caso. Lamayor parte de la materia es inanimada; es decir, no crece, ni se reproduce, ni se mueve por sí misma.  Un buen ejemplo de materia inanimada lo constituyen las rocas que componen la Tierra.

Cambios de la materia

Los cambios que puede experimentar la materia se pueden agrupar en dos campos:

Cambios físicos

Cambios químicos

Los cambios físicos son aquellos en los que no hay ninguna alteración o cambio en la composición de la sustancia. Pueden citarse como cambios físicos los cambios de estado (fusión, evaporación, sublimación, etc.), y los cambios de tamaño o forma. Por ejemplo, cuando un trozo de plata se ha transformado en una anillo, en una bandeja de plata, en unos aretes, se han producido cambios físicos porque la plata mantiene sus propiedades en los diferentes objetos.

En general, los cambios físicos son reversibles, es decir, se puede volver a obtener la sustancia en su forma inicial

Los cambios químicos son las transformaciones que experimenta una sustancia cuando su estructura y composición varían, dando lugar a la formación de una o más sustancias nuevas. La sustancia se transforma en otra u otras sustancias diferentes a la original.

El origen de una nueva sustancia significa que ha ocurrido un reordenamiento de los electrones dentro de los átomos, y se han creado nuevos enlaces químicos. Estos enlaces químicos determinarán las propiedades de la nueva sustancia o sustancias.

La mayoría de los cambios químicos son irreversibles. Ejemplos: al quemar un papel no podemos obtenerlo nuevamente a partir de las cenizas y los gases que se liberan en la combustión; el cobre se oxida en presencia de oxígeno formando otra sustancia llamada óxido de cobre. Sin embargo, hay otros cambios químicos en que la adición de otra sustancia provoca la obtención de la sustancia original y en este caso se trata de un cambio químico reversible; así, pues, para provocar un cambio químico reversible hay que provocar otro cambio químico.

Cambios de estados físicos

La materia cambia de estado físico según se le aplique calor o se le aplique frío.

Cuando se aplica calor a los cuerpos se habla de Cambios de estado Progresivos de la materia. Cuandolos cuerpos se enfrían se habla de Cambios de estado Regresivos.

Los cambios de estado progresivos son:

• Sublimación Progresiva

• Fusión

• Evaporación

1. Sublimación progresiva: Este cambio se produce cuando un cuerpo pasa del estado sólido al gaseoso directamente.  La sublimación progresiva sólo ocurre en algunas sustancias, como, el yodo y la naftalina.

2. Fusión. Es el paso de una sustancia, del estado sólido al líquido por la acción del calor.  La temperatura a la que se produce la fusión es característica de cada sustancia.  Por ejemplo la temperatura a la que ocurre la fusión del hielo es O° C mientras la del hierro es de 1.525° C. La temperatura constante a la que ocurre la fusión se denomina punto de fusión.

3. Evaporación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado ocurre normalmente a la temperatura ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo esas condiciones, sólo las partículas de la superficie del líquido pasarán al estado gaseoso, mientras que aquéllas que están más abajo seguirán en el estado inicial. Sin embargo, si se aplica mayor calor, tanto las partículas de la superficie como las del interior del líquido podrán pasar al estado gaseoso.  El cambio de estado así producido se denomina ebullición. La temperatura que cada sustancia necesita para alcanzar la ebullición es característica, y se denomina punto de ebullición.  Por ejemplo, al nivel del mar el alcohol tiene un punto de ebullición de 78,5° C y el agua de 100°C.

La temperatura a la que ocurre la fusión o la ebullición de una sustancia es un valor constante, es independiente de la cantidad de sustancia y no varía aún cuando ésta continúe calentándose.

El punto de fusión y el punto de ebullición pueden considerarse como las huellas digitales de una sustancia, puesto que corresponden a valores característicos, propios de cada una y permiten su identificación.

Sustancia Punto de fusión (ºC)

Punto de ebullición (ºC)

Agua (sustancia) 0 100Alcohol (sustancia) -117 78Hierro (elemento) 1.539 2.750Cobre (elemento) 1.083 2.600Aluminio (elemento) 660 2.400Plomo (elemento) 328 1.750Mercurio (elemento) -39 357

 

Los cambios de estado regresivos de la materia son:

• Sublimación regresiva

• Solidificación

• Condensación

1. Sublimación regresiva. Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida, sin pasar por el estado líquido.

2. Solidificación. Es el paso de una sustancia desde el estado líquido al sólido.  Este proceso ocurre a una temperatura característica para cada sustancia denominada punto de solidificación y que coincide con su punto de fusión.

3. Condensación. Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado líquido. La temperatura a que ocurre esta transformación se llama punto de condensación y corresponde al punto de ebullición de dicha sustancia. Este cambio de estado es uno de los más aprovechados por el hombre en la destilación fraccionada del petróleo, mediante la cual se obtienen los derivados como la parafina, bencina y gas de cañería.

Ley de la Conservación de la Materia:

Antoine Lavoisier, químico francés, demostró luego de largos y cuidadosos trabajos con la balanza, que en las reacciones químicas la masa total del sistema no cambiaba. Este descubrimiento constituyó uno de los logros más importantes de la Química.

 

La ley puede enunciarse de la siguiente manera:

“En un sistema cerrado, en el cual se producen reacciones químicas, la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma; es decir, la masa de los reactantes es igual a la masa de los productos”.

 

        A       +      B      ---------->        C     +      D

A y B representan compuestos químicos que al reaccionar dan origen a C y D. Los compuestos A y B son los reactantes porque reaccionan para generar los productos C y D. La masa de los reactantes es igual a la masa de los productos.

                 masa A       +     m B    =     m c       +     m D

Como ejemplo, podemos ver la ecuación química que representa la oxidación catalítica del amonía:

4NH3 + 5O2 ———› 4NO + 6H2O

En ambos lados de la ecuación química la suma de los átomos es la misma, aunque la suma de las moléculas sea distinta. En cada lado de la ecuación hay 4 átomos de nitrógeno (N), 12 átomos de hidrógeno (H) y 10 átomos de oxígeno (O), distribuidos en moléculas diferentes.

Hoy se sabe que la Ley de la Conservación de la Materia o Ley de Lavoisier no es totalmente exacta, ya que en reacciones nucleares puede desaparecer masa, que se transforma en energía.

Conceptos sobre la materia y la energía

 

Todo lo que nos rodea, incluidos nosotros mismos, está formado por un componente común: la materia. Normalmente, para referinos a los objetos usamos términos como materia, masa, peso, volumen. Para clarificar los conceptos, digamos que:

Materia es todo lo que tiiene masa y ocupa un lugar en el espacio;

Masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo;

Volumen es el espacio ocupado por la masa

Cuerpo es una porción limitada de materia

Estados físicos de la materia

En términos conceptuales, materia se puede definir como cualquier sustancia que posee masa y ocupa un lugar en el espacio (volumen); la cual como cualquier otro componente de la naturaleza reacciona a factores ambientales como la presión y la temperatura, manifestándose en tres estados:

Gaseoso.

Líquido.

Sólido.

Estos estados obedecen fundamentalmente a la energía cinética o energía de movimiento de las moléculas que conforman dicha materia y a la forma de agregación de las mismas.

Los estados de la materia dependen de Factores del ambiente como presión y temperatura.

 

Estados de la materia en relación a cambios de la temperatura del ambiente

 

Los diferentes estados de la materia se caracterizan por la energía cinética de las moléculas y los espacios existentes entre estas.

 

Estados de la materia en relación a cambios de la energía cinética de las moléculas

 Cada uno de los estados le confiere a la materia características propias, a pesar de no cambiar su composición.

La figura siguiente complementa los conceptos aquí formulados, obsérvelo haciendo énfasis en las relaciones y diferentes vías existentes:

 

Los estados de la materia: efecto de las condiciones del medio

Aunque la materia en sus diferentes estados,  no varía en su composición,  puede variar en sus características

Principales Características de los estados de la materia

 SÓLIDOS LÍQUIDOS GASES

Poseen forma definida.

No poseen forma definida, por lo tanto adoptan la

forma del recipiente que los contiene.

No poseen forma definida, por lo tanto adoptan la

forma del recipiente que los contiene.

Poseen volumen fijo. Poseen volumen fijo. Poseen volumen variable.Baja compresibilidad. Compresión limitada. Alta Compresibilidad.

 

Cambios físicos y cambios químicos

Las modificaciones en la presión, la temperatura o las interrelaciones de las sustancias, pueden originar cambios físicos o químicos en la materia.

 Cambios físicos de la materia:

Son aquellos cambios que no generan la creación de nuevas sustancias, lo que significa que no existen cambios en la composición de la materia, como se ve en la  figura siguiente.

El cambio físico se caracteriza por la no existencia de reacciones químicas y de

cambios en la composición de la materia.

Cambio físico de la materia: cambio de estado sólido (hielo) a estado líquido del agua,  mediante  el  aumento en la temperatura del sistema.

 

Cambios químicos:

Son aquellos cambios en la materia que originan la formación de nuevas sustancias, lo que indica que existieron reacciones químicas.

 El cambio Químico de la materia  se caracteriza por la existencia de reacciones químicas, de cambios en la

composición de la materia y la formación de nuevas

sustancias.

Cambio Químico de la materia: Formación de Ácido Clorhídrico, mediante la reacción de Cloro e Hidrógeno.

Observe que en los cambios químicos la materia sometida al cambio posee unas características diferentes a la materia inicial.

Composición y propiedades de la materia

Como se vio anteriormente, la materia presenta tres estados físicos, dependiendo de factores ambientales como la presión y la temperatura; independiente de ello, el aspecto de la materia está determinado por las propiedades físico-químicas de sus componentes, encontrándose materia homogénea y materia heterogénea.

Materia homogénea

Es aquella que es uniforme en su composición y en sus propiedades y presenta una sola fase, ejemplo de ello sería un refresco gaseoso, la solución salina, el Cloruro de Sodio o sal de cocina; este tipo de materia se presenta en formas homogéneas, soluciones y sustancias puras.

Materia heterogénea

Es aquella que carece de uniformidad en su composición y en sus propiedades y presenta dos o más fases, ejemplo de ello sería la arena, el agua con aceite; este tipo de materia es también conocida como mezcla y se caracteriza por el mantenimiento de las propiedades de los componentes y la posibilidad que existe de separarlos por medio de métodos físicos.

Sustancias puras, elementos y compuestos

Sustancia pura

Una sustancia es pura cuando se encuentra compuesta por uno o más elementos en proporciones definidas y constantes y cualquier parte de ella posee características similares, definidas y constantes; podríamos decir que una sustancia es pura cuando se encuentra compuesta en su totalidad por ella y no contiene cantidades de otras sustancias; ejemplos de ello serían la sacarosa, el agua, el oro.

Elemento:

Sustancia pura imposible de descomponer mediante métodos químicos ordinarios, en dos o más sustancias, ejemplo: el Hidrógeno (H), el Oxígeno (O), el Hierro (Fe), el Cobre (Cu).

Compuesto:

Sustancia pura posible de descomponer mediante métodos químicos ordinarios, en dos o más sustancias, ejemplos: El agua (H2O), la sal (NaCl), el ácido Sulfúrico (H2SO4).

 

Mapa conceptual que muestra la categorización de la materia, dependiendo de las características y composición de las sustancias constituyentes.

Energía

El movimiento de los constituyentes de la materia, los cambios químicos y físicos y la formación de nuevas sustancias se originan gracias a cambios en la energía del sistema; conceptualmente, la energía es la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica, energía mecánica, energía química, energía eléctrica y energía radiante; estos tipos de energía pueden ser además potencial o cinética. La energía potencial es la que posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.

Tipos de energía

Manifestaciones de la energía

Energía Mecánica: El movimiento de las hélices del molino de viento es transferido a un sistema mecánico de piñones, para producir energía eléctrica o lograr la ascensión de agua de un pozo subterráneo

Energía Calórica o radiante: El calor o la luz emitida desde el sol es aprovechada por las plantas para producir energía química en forma de carbohidratos.

Energía Eléctrica: El movimiento de electrones libres, produce la energía eléctrica, usada para hacer funcionar electrodomésticos, trenes, y artefactos industriales.

Energía Química: La combustión de hidrocarburos como el petróleo, liberan gran cantidad de energía.

 

Formas de medición de la energía

Poseer un referente de la cantidad de energía que se intercambia en las diferentes interacciones de la materia requiere de patrones de medición. Como la forma de energía que tiene mayor expresión es la energía calórica, entendida ésta como la energía que se intercambia entre dos sustancias cuando existe diferencias de temperatura entre ambas, trataremos las unidades de medida de esta.

La cantidad de energía cedida o ganada por una sustancia se mide en calorías o joules.

Una caloría (cal) es igual a la cantidad de calor necesario para elevar de 14,5o  C a 15,5o  C  1 gramo de agua. Como factor de conversión diremos que una caloría equivale a 4,184 joules.

1 cal = 4,184 J

 

Es necesario diferenciar la caloría utilizada como herramienta de medición de la energía calórica en química, de la caloría utilizada en nutrición, ya que la caloría contenida en los alimentos (Cal) o gran caloría, equivale a 1.000 calorías o 1 Kilocaloría (Kcal).

2 cubos de azúcar ( 10 g), contienen 37,5 Cal nutricionales, lo que equivale a 37,5 Kcal,   37.500 cal químicas y 156.900 j.

 

 Calor especifico

¿Has sentido que unas sustancias se calientan con mayor rapidez que otras?, el calor especifico se relaciona con ello; conceptualmente, el calor específico es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia determinada; desde el punto de vista químico,  es la cantidad de calorías requeridas para elevar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de una sustancia, o es el número de joules requeridos para elevar en un grado kelvin la temperatura de un kg de una sustancia.

Calor Específico del agua: 1 cal/g o C

Este valor significa que para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 g de agua, se

requiere 1 caloría.

Calor Especifico del Aluminio: 0,217 cal/g o C

Este valor significa que para elevar 1 grado centígrado la temperatura de 1 g de Aluminio

se requieren  0,217 calorías.

 Valores comparativos del calor especifico del agua en estado líquido y el aluminio en estado sólido.

 

Ley de la conservación de Masa-Energía

Para concluir esta parte temática,  abordemos una pregunta: en el momento de ocurrir un cambio físico o químico (reacción química) en una sustancia, ¿existe perdida de masa y/o energía?

Antoine Laurent Lavoiser (743-1749) y James Prescott Joule (1818-1889), dedicaron parte de su trabajo científico en la solución de este problema, llegando a la conclusión de que en las reacciones químicas y en los cambios físicos las masas de las sustancias participantes no se crean ni destruyen, solo se transforman; esta conclusión se conoce con el nombre de Ley de la conservación de la masa.

En este ejemplo de reacción química, 4.032 g de Hidrógeno gaseoso, reaccionan con 141.812 g de cloro gaseoso, para formar 145.844 g de ácido clorhídrico.

La suma de los reactivos es igual a la suma de los productos.

La masa de los reactivos no se destruyó, estos  se combinaron y se transformaron en una nueva sustancia.

Ejemplo de la ley de la conservación de la materia: formación del ácido clorhídrico, mediante la reacción del Hidrógeno con el Cloro.

2.- CAMBIOS DE ESTADO. DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA anterior siguiente

Las sustancias pueden pasar de un estado a otro calentándose o enfriándose, es decir aumentando o disminuyendo su temperatura.Estos cambios de estado también pueden explicarse 

mediante los cambios que sufre la estructura interna de la materia. En los sólidos, cuyas partículas están fuertemente unidas y se mantienen fijas, si aumenta la temperatura, aumenta la energía de estas partículas y aumenta el estado de vibración. Si la temperatura asciende lo suficiente estas partículas  pueden perder sus posiciones fijas y moverse unas respecto a otras. El sólido ha pasado a líquido.Si la temperatura sigue aumentando las partículas  acaban

separándose  alejándose unas de otras y moviéndose libremente ocupando todo el espacio. El líquido ha pasado a gas.Si la temperatura disminuye el proceso es el inverso.

ACTVIDADES INTERACTIVAS

EXPERIMENTO

2.A.- Conversión sólido-líquido

Fusión es el paso de sólido a líquido. Se produce a una temperatura fija para cada sustancia llamada temperatura de fusión. Por ejemplo si calentamos el hielo su temperatura se mantiene a 0 ºC, aunque sigamos suministrando calor. No es hasta que  todo el hielo este fundido cuando el agua resultante comienza a aumentar su temperatura si seguimos calentando. Por eso la temperatura de fusión del agua es de 0ºC

Solidificación es el paso inverso, de líquido a sólido. también se produce a una temperatura fija , que coincide con la de fusión.

2.B.- Conversión líquido-gasEvaporación es el paso de líquido a gas que se produce en la

superficie del líquido. Se da a cualquier temperatura, aunque es más intenso cuanta mayor es la temperatura.Condensación es el paso de gas a líquido a cualquier

temperatura. Se produce condensación del vapor del aire se convierte en gotas de agua cuando se produce al lluvia o cuando se empañan los cristales.Ebullición es el paso de líquido a gas en la superficie y en el

interior del líquido a la vez. las burbujas de gas que se forman en el interior del líquido producen un efecto tumultuoso y agitado. Este proceso, si no se cambia la presión, se produce para cada sustancia a una temperatura fija  que se conoce como temperatura de ebullición.

Licuación es el paso de gas a líquido a una temperatura fija. Es el paso inverso a la ebullición.

2.C.- Conversión sólido-gasSublimación  es el paso de sólido a gas sin pasar por el estado

intermedio de líquido. El yodo, la naftalina y el dióxido de carbono son sustancias capaces de sublimar. El paso inverso (paso de gas a sólido) se conoce como sublimación regresiva.

3.- Sustancias puras y mezclas anteriorsiguiente

Una sustancia pura tiene una composición química  constante,  contiene una sola clase de moléculas o retículos y no puede separarse en otras sustancias por métodos físicos.Obtener sustancias puras a partir de mezclas es un

procedimiento muy habitual. Este proceso se conoce  como purificación. proceso encarece bastante  los procesos de fabricación. Normalmente viene expresado el porcentaje de pureza (grado de pureza) de las sustancias que manejamos. Es muy difícil conseguir un 100% de pureza en las sustancias que manejamos.Una mezcla es la reunión de dos o más sustancias puras  que

pueden separarse por métodos físicos.

3.A.-Mezclas homogéneas y heterogéneasLas mezclas pueden ser de dos tipos: homogéneas o

disoluciones y heterogéneas. Las diferencias son: en las mezclas homogéneas no se observan

cambios de propiedades de un punto a otro de la mezcla. en las mezclas homogéneas (salvo las sólidas)

tienen un aspecto claro y transparente. en las mezclas homogéneas las partículas

dispersadas son átomos, iones o moléculas. en las mezclas homogéneas no pueden separarse ni

por filtración ni por sedimentación.Son ejemplos  de mezclas homogéneas las mezcla de sal y

agua,  azúcar y agua, alcohol y agua,.... Son ejemplos de mezclas heterogéneas la arena de playa, agua y aceite, aceite y vinagre,...En las disoluciones se distinguen:

Disolvente: componente que domina e impone sus características físicas a la disolución. Generalmente es el mayoritario. En el caso del agua salada el disolvente es el agua. Soluto: el otro (s) componente de la disolución.

3.B.-ConcentraciónEn cualquier mezcla uno de los valores que hay que tener en cuenta

son las cantidades con que cada componente participa en la mezcla. En el caso de mezclas homogéneas, especialmente en disoluciones líquidas es frecuente usar el concepto de concentración. Esta se puede expresar :

3.C.-Solubilidad y saturaciónLos gases se pueden mezclar entre ellos en cualquier

proporción. Los líquidos sin son miscibles también. Pero en las disoluciones de sólidos en líquidos, existe un valor máximo de concentración a partir del cual ya no es posible disolver más soluto.Una disolución saturada es la que no admite más soluto.Solubilidad de un soluto en un disolvente es la

concentración de la disolución saturada.En las disoluciones de sólidos en líquidos al aumentar la

temperatura  de la disolución es posible aumentar la solubilidad. En las disoluciones de gases en líquidos, el aumento de la temperatura disminuye la solubilidad, es decir la solubilidad de las sustancias depende de la temperatura, por ello al expresar la solubilidad debemos indicar la temperatura (normalmente 25 ºC) a la que corresponde ese dato.

4.- CLASES Y EJEMPLOS DE MEZCLAS anterior siguiente

Según el estado físico de las sustancias que las forman, las mezclas se pueden clasificar en:

4.A- Mezclas de sólidos con sólidosLas mezclas de sólidos precisan la trituración de cada uno de los

componentes. estas mezclas pueden ser: Mezclas homogéneas. son las conocidas mezclas de

metales como aleaciones. algunas tienen nombre propio como  bronce (cobre, cinc y estaño), el latón (cobre y cinc), acero inoxidable (hierro y cromo) o las amalgamas (mercurio y cualquier otro metal). Se preparan mezclando los metales en estado fundido y se deja enfriar para que solidifiquen conjuntamente. Mezclas heterogéneas. Formadas por la unión de

partículas sólidas de distinto tamaño, forma y características. Hay dos grupos:

disgregadas. Con componentes sueltos y que pueden moverse entre sí. Ejemplo: arenas de playa, granulados como detergentes, etc.... aglutinadas. Uno o varios componentes actúa

como pegamento y la mezcla se convierte en un sólido rígido. Ejemplo: gran cantidad de rocas, hormigón, composites,...

4.B- Mezclas de líquidos con líquidos

En general los líquidos se clasifican en dos grupos: hidrófilos o polares y lipófilos o apolares. Dos líquidos se mezclan bien si son del mismo grupo y mal si son de distinto grupo como el agua y el aceite.Hay dos tipos de mezclas:

Disoluciones. Son mezclas de aspecto claro y transparente donde las sustancias se mezclan íntimamente hasta nivel molecular. Se dice que los líquidos son miscibles. Se pueden mezclar en cualquier proporción y siempre resulta una mezcla homogénea. Emulsiones. Sucede entre dos líquidos inmiscibles. Al

agitar vigorosamente uno puede quedar inmerso en otro como microgotitas. No es una mezcla a nivel molecular por lo que en reposos llegan a separarse. Con la ayuda de sustancias emulsionantes puede prolongarse la estabilidad de la emulsión.

4.C- Mezclas de gases con gasesLos gases tienen las partículas muy desunidas y separadas entre sí

por lo que no tienen inconveniente en moverse entre las partículas de otro gas. Dos o más gases siempre se mezclan bien.Las mezclas de gases se usan mucho en la industria, en los motores

de combustión,.... Incluso el aire que respiramos es una mezcla de gases (78 % de Nitrógeno, 21 % de Oxigeno , y 1% restante de otros gases).

4.D- Mezclas de sólidos en líquidosHay sólidos que se mezclan perfectamente con un líquido y no con

otro. hay varios tipos de mezclas: Disoluciones. se forman cuando el sólido se disgrega

hasta el nivel molecular o iónico. un sólido puede sisolverse bien en un líquido y no en otro, por ejemplo el NaCl (Cloruro sódico) se disuelve bien en agua y no en gasolina. Suspensiones,son mezclas con aspecto turbio, con

partículas visibles a simple vista o al microscopio. Se pueden separar por filtración o sedimentación. Ej: aguas cargadas de barro. Coloides.tienen aspecto claro. las partículas sólo

pueden verse al microscopio electrónico. Ejemplo: la clara de huevo. Geles, estado intermedio entre el sólido y el líquido.

Ejemplos: el queso, la gelatina, el ópalo, tinta, pinturas líquidas.

4.E- Mezclas de gases en líquidos y sólidosLos gases son materia no agregada, que siempre se puede

interponer bien con las partículas de otros cuerpos. Existen varios tipos de estas mezclas:

Disoluciones. En mayor o menor medida todos los gases son solubles en líquidos. Pensemos en el oxígeno disuelto en el agua que permite la vida de los animales acuáticos, dióxido de carbono en agua, las bebidas carbónicas,  . Espumas líquidas. Se producen al mezclar un gas y un

líquido si el gas no llega a disolverse completamente. Ejemplo: la nata y las claras de huevo montadas. Espumas sólidas. Algunas espumas tienen consistencia

sólida. Ejemplos: merengue, piedra pómez, poliuretano,...

4.F- Mezclas de líquidos o sólidos con gasesLas mezclas de líquidos o sólidos con gases se denominan

aerosoles. Están formadas por partículas sólidas o líquidas tan pequeñas que pueden permanecer suspendidas en un gas.  Son frecuentes en insecticidas, ambientadores o productos farmaceúticos. Hay dos tipos:

Aerosoles de líquidos. Por ejemplos: las nubes, las nieblas y la neblina. Aerosoles de sólidos. Los humos son mezclas de este

tipo. Si hacemos pasar el aire con humos por filtros finos de papel, las partículas sólidas quedan retenidas en el filtro.

5. MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS anteriorUno de  los problemas más frecuentes en los procesos de

fabricación  y obtención de sustancias es la de separar los componentes de una mezcla.

5.A- Para mezclas heterogéneas líquidas Sedimentación. Método basado en la diferencia de

densidades de los componentes. Los sólidos en suspensión se depositan y forman flóculos y partículas mayores  a partir de las más pequeñas. En ocasiones se añaden sustancias floculantes para ayudar  a las partículas a juntarse.

Decantación. Después de dejar sedimentar los sólidos se vierte con cuidado el líquido clarificado  por la parte superior del recipiente. Este método se usa también para separar líquidos inmiscibles. En este caso es frecuente el uso del embudo de decantación.

Filtración. Se hace pasar la mezcla a través de un material poroso como tejidos, papel o porcelana porosa. Dependiendo de la porosidad del filtro se retendrán más o menos partículas.

Centrifugación. Consiste en aplicar una gran velocidad de giro a la mezcla que se quiere separar, el resultado es parecido a un aumento de la gravedad. Las partículas de mayor masa se depositan  en el fondo del tubo que las contiene y el líquido sobrenadante.

  5.B- Para mezclas homogéneas líquidas Evaporación total. Si deseamos recuperar el soluto

podemos evaporar totalmente el disolvente. Por ejemplo en las salinas.

Cristalización. Si aumenta la concentración de un soluto en la disolución lo suficiente , puede llegar a producirse la cristalización  (formación de cristales) del soluto. Es un proceso útil para purificar sustancias pues los cristales no incluyen las impurezas que podrían tener la sustancia disuelta.

Destilación. Permite separar líquidos de solutos sólidos o líquidos miscibles. Se trata de calentar cuidadosamente la mezcla que se va a destilar en un dispositivo (alambique) que permite recoger los vapores, que luego son enfriados al

pasar por un serpentín y recogidos a parte. En el caso de líquidos miscibles se utiliza  una destilación fraccionada , aprovechando las diferencias de volatilidades.

Cromatografía.  Permite separar y recuperar sólidos de una disolución. Se usan tiras de papel o derivados celulósicos que al ser introducidos en la disolución, permiten la ascensión de la disolución por capilaridad. Entonces  los distintos solutos recorren sobre el papel mojado distancias diferentes y pueden separarse.

Liofilización. Consiste en la congelación de la disolución y una posterior reducción brusca de la presión. Con ello el disolvente se evapora y deja al soluto libre. Se usa en la obtención de alimentos, cafés solubles,....

Ultrafiltración. Consiste en el uso de membranas de un tamaño de poro pequeñísimo que permiten separar algunas moléculas. Se usa para desalinizar el agua de mar,....