los materiales y sus propiedades -...

Los materiales

y sus propiedades

Los diversos objetos que nos rodean están formados pormateria, que se presenta de formas distintas. Podemosinvestigar la materia midiendo sus magnitudes y estu-diando algunas de sus propiedades.

1. La materia y y su medida

2. Los estados físicos de la materia

3. Algunas propiedades específicas

de las sustancias

Los materiales

y sus propiedades

Los diversos objetos que nos rodean están formados pormateria, que se presenta de formas distintas. Podemosinvestigar la materia midiendo sus magnitudes y estu-diando algunas de sus propiedades.

1. La materia y su medida

2. Los estados físicos de la materia

3. Propiedades específicas

de la materia

La madera, el cobre y el vidrio son ejemplosde materiales.

1. La materia y su medida1.1 La materia y los materiales

Constantemente fijamos la mirada en alguno de los numerosos cuerpos quenos rodean; todos ellos están formados por materia. Por ejemplo, una hoja depapel, las paredes de una habitación, las personas, las plantas, el mar, lasnubes están formados por materia.

La madera, el agua, la sal, el corcho… son clases de materia diferentes. Lasclases de materia que se emplean para construir o fabricar objetos diversos sedenominan materiales.La materia puede encontrarse en tres estados distintos: sólido, líquido ygaseoso. Son los denominados estados físicos de la materia.

1.2 Magnitud y unidad de medida

¿Cuál de estas mesas es más alta? ¿Qué probeta contiene más líquido?

La longitud, el volumen, la altura, la masa, el tiempo y la velocidad son mag-nitudes. Es decir, todo aquello que se puede medir es una magnitud. La mesay la probeta no son magnitudes, pero sí lo son su altura y su volumen.

Para medir una magnitud hay que determinar previamente una cantidad deesta, llamada unidad. Al medir, se comparan dos cantidades de una mismamagnitud: la cantidad que queremos medir con la unidad de medida.El resultado de una medición se expresa siempre mediante un número segui-do de la unidad.

El sistema internacional de unidadesActualmente, para medir las diversas magnitudes conocidas, la mayoría de lospaíses del mundo ha acordado utilizar un conjunto de unidades que recibe elnombre de sistema internacional de unidades y que se conoce por SI. Sebasa en el antiguo sistema métrico decimal, al que perfecciona y actualiza.En el sistema internacional de unidades se adopta como unidad de longitud elmetro (m); como unidad de vo lumen, el metro cúbico (m3); y como unidad demasa, el kilogramo (kg).

Magnitud es cada una de las características de un cuerpo que se puedemedir.

Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

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1. Los materiales y sus propiedades

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10 cm10

cm

C

D

A B

En una receta de cocina se lee «añadir medio litro de agua». ¿Podemos utili-

zar un vaso medidor cuya capacidad es de 25 cL?

Razoná la respuesta.

1 Recipientes para medir volúmenes de líqui-dos que se utilizan en el laboratorio:

A. Matraz aforado. B. Probeta. C. Bureta.D. Pipeta.

1 dm3 de agua coloreada llenaría una botellacuya capacidad es de 1 litro.

Son necesarios 1 000 cm3 para llenar un dm3.

1.3 Medida del volumen

Las unidades de volumenEn el sistema internacional de unidades (SI), la unidad de volumen es el metrocúbico, que se simboliza con m3.

� El metro cúbico es el volumen de un cubo de un metro de lado.Para medir volúmenes más pequeños utilizamos submúltiplos del metrocúbico.

El litro y el centilitro son unidades de capacidad. La normativa del sistema inter-nacional acepta que se utilicen las unidades de capacidad para expresar volú-menes de líquidos o gases y para medir capacidades de recipientes.

� El litro se simboliza con l o L y sus submúltiplos más utilizados son lossiguientes:

� Un litro equivale a un decímetro cúbico:

1 L = 1 dm3

� Un mililitro equivale a un centímetro cúbico:

1 mL = 1 cm3

Medida del volumen de un líquidoPara medir el volumen de un líquido podemos utilizar diversos recipientes.

� Recipientes graduados, que tienen una escala en la cual podemos leer elvolumen.

� Recipientes aforados, que tienen una marca llamada de enrase. Los reci-pientes aforados solo permiten medir un determinado volumen de líquido.

decímetro cúbico (dm3) ........... 1 m3 = 1000 dm3

centímetro cúbico (cm3) ........... 1 dm3 = 1000 cm3

milímetro cúbico (mm3) ........... 1 cm3 = 1000 mm3

decilitro (dL) = 0,1 Lcentilitro (cL) = 0,01 Lmililitro (mL) = 0,001 L

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ACT IV IDADES

75 cm3 78 cm3

Medida del volumen de los sólidosPara medir el volumen de un sólido podemos utilizar dos procedimientos:

� Determinación por inmersión en un líquidoPodemos medir el volumen de un sólido, si no es soluble en agua ni esdemasiado grande, de la siguiente manera:

Añadimos agua a una probeta gra-duada y anotamos su volumen:

V1 = 75 cm3

Introducimos el sólido en la probeta ymedimos de nuevo el volumen alcan-zado:

V2 = 78 cm3

Calculamos el volumen del sólido. Elvolumen V del sólido será:

V = V2 – V1 = 78 cm3 – 75 cm3 == 3 cm3

� Determinación a partir de sus dimensionesPara calcular el volumen de sólidos de formas geométricas, como el cubo,el ortoedro, el cilindro, el cono, etc., podemos utilizar fórmulas matemáticas.

Altura h

Lado l

V = l3

radio r

V = π · r2 · h

π = 3,14

Ancho l

Longitud L

V = L · l · h

Altura h

Para averiguar el volumen de una moneda de veinticinco centavos de peso

medí con una probeta graduada, por inmersión en un líquido, el volumen de

10 o 20 monedas de $ 0,25. Dividí el resultado por el número de monedas.

¿Por qué es mejor medir el volumen de varias monedas juntas que el de una

sola?

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ACT IV IDADES

gramo (g) 1 kg = 1 000 gmiligramo (mg) 1 g = 1 000 mg

1 t = 1 000 kg

1.4 Medida de la masa

Las unidades de masaLa unidad de masa en el sistema internacional es el kilogramo, simbolizadopor kg.Para medir masas pequeñas se utilizan los submúltiplos del kilogramo, algunosde los cuales son:

Para medir masas muy grandes, todavía se usa la tonelada métrica (t), que enel sistema internacional recibe el nombre de megagramo (Mg).

Medida de la masa de un líquidoPara medir la masa de un líquido son necesarias tres operaciones:

a) Se determina con una balanza la masa del recipiente vacío: m1b) A continuación, se determina la masa del recipiente con el líquido: m2c) Finalmente, se calcula la masa m del líquido: m = m2 – m1

En las siguientes figuras puedes ver otras formas de determinar la masa de unlíquido contenido en un recipiente.

Para pesar un líquido, primero se colocaen un platillo el recipiente vacío y seequilibra colocando en el otro platillouna tara (por ejemplo, arena o peque-ños perdigones).

Después, se añade el líquido y se equi-libra con pesas. La masa total de laspesas es igual a la masa del líquido.

En las balanzas electrónicas se coloca elrecipiente vacío en el platillo y se pulsael botón «tara».

Automáticamente, la balanza descon-tará la masa del recipiente, con lo quemarcará 0. Si entonces se añade líquido,la balanza marcará solo su masa, comosi no tuviese recipiente.

El kilogramo se define como la masa

de un cilindro de platino, llamado ki -lo gramo patrón que se conserva en

la Oficina Internacional de Pesas y

Medidas de Sèvres, París.

Se guarda protegido por varias cam-

panas de vidrio. Los organismos res-

ponsables de pesas y medidas de

mu chos países poseen copias muy

exactas del kilogramo patrón.

El kilogramo patrón

El kilogramo patrón.

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Medida de la masa de los sólidosPara medir la masa de un sólido existen varios instrumentos; uno de ellos es labalanza. Hay muchos tipos de balanzas.

Balanza antigua de platillos. El pesacartas es una balanza especialmentediseñada para pesar cartas y pequeñospaquetes postales.

Actualmente se utilizan balanzas electróni-cas que indican directamente en una panta-lla la masa del cuerpo. Basta con depositarlosobre el único platillo y leer el resultado quese muestra. Hay que tener en cuenta que lamasa que se coloque no puede sobrepasarun determinado valor indicado en la partefrontal del instrumento.

La balanza de laboratorio del tipo balanzagranataria se usa para medir masas gene-ralmente pequeñas. Para medir la masa deun cuerpo cualquiera, se coloca en unode los platillos y se ponen pesas en el otrohasta que la balanza queda equilibrada. Lamasa total de las pesas es entonces igual ala masa del cuerpo.

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Indicá el múltiplo o submúltiplo del kilogramo más apropiado para medir

la masa de los cuerpos siguientes: un camión, una estampilla, una birome,

una heladera y un libro.

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ACT IV IDADES

A B

2. Los estados de la materiaYa sabés que la materia puede encontrarse en estado sólido, líquido o ga -seoso. Son los denominados estados físicos de la materia.Veamos algunas de las principales propiedades que nos sirven para diferenciarestos tres estados.

2.1 Estado sólido

La materia en estado sólido tienen una forma propia. Se los puede deformar,es decir, cambiar de forma (a unos más que a otros), pero se ha de realizar unesfuerzo para conseguirlo. Aunque un sólido sea deformable, su volumen ape-nas varía, por ello decimos que son prácticamente incompresibles.

2.2 Estado líquido

La materia en estado líquido no tienen forma fija. Cuando están dentro de unrecipiente adoptan la forma de este; pero la parte superior del líquido en con-tacto con el aire, llamada superficie libre, es plana y horizontal (figura A),excepto en la zona próxima a la pared del recipiente, donde se curva visible-mente. Aunque se les aplique una gran presión, los líquidos apenas disminuyende volumen, son prácticamente incompresibles, como los sólidos.

Esta jeringa contiene agua coloreada pa raque se vea bien. Si se impide la salida del lí -quido con el dedo y se aprieta el émbolo, ¿selogra comprimir el líquido? Comprobalo.

La superficie libre de un líquido en reposopermanece plana y horizontal, excepto en lazona de contacto con la pared.

Materia en estado sólido Materia en estado líquido

Dióxido de nitrógeno (visible por su color).Agua.Cristal de sulfato de cobre.

Materia en estado gaseoso

Existe un cuarto estado de la materia,

llamado plasma. Este estado se

alcanza cuando la temperatura de la

materia es muy elevada (desde algu-

nos miles hasta millones de grados

centígrados). Prácticamente la totali-

dad de la masa del Sol y de las

demás estrellas se encuentra en

estado de plasma. La mayor parte de

la materia del universo está en ese

estado.

El estado del plasma

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2.3 Estado gaseoso

La materia en estado gaseoso no tiene una forma fija y ocupa todo el volumendel recipiente que la contiene, que debe estar cerrado, pues los gases tiendena expandirse, es decir, a ocupar el mayor volumen posible. Esta propiedad sellama expansibilidad.

Los gases se pueden comprimir, es decir, su volumen disminuye notablemen-te cuando se aplica presión sobre ellos; por ese motivo decimos que son com-presibles. Gracias a esta propiedad es posible almacenar una gran cantidadde gas en un volumen relativamente pequeño, pero si un gas se comprimemucho, puede llegar a reventar el recipiente que lo contiene. Por ello, los gasesse suelen almacenar en botellas o garrafas metálicas capaces de resistir fuer-tes presiones sin romperse.

2.4 Los fluidos

Tanto los líquidos como los gases pueden resbalar sobre una superficie, o desli-zarse por el interior de un tubo, o salir a través de un agujero en la pared de surecipiente. Esta forma de moverse se llama fluir; por esa razón, a los líquidos y alos gases se los llama fluidos.

Sublimación

Fusión

Solidificación

Vaporización

Condensación

o licuación

Sublimacióno cristalización

La jeringa contiene aire. Si se aprieta el émbolo

impidiendo con el dedo la salida del aire, ¿se

logra comprimirlo? Comprobalo.

El aire no es visible. Pero podemos ver las bur-

bujas que forma al expulsarlo del interior de una

jeringa bajo la superficie del agua.

Líquido

Sólido Gas

Cuando una sustancia pasa de unestado físico a otro decimos quecambia de estado.

La mayoría de los sólidos cuando secalientan suficientemente se fundeny los líquidos se vaporizan.

Al contrario, al enfriar un gas se con-densa o licua y un líquido, se solidi-fica.

Hay algunas sustancias que al calen-tarlas pasan directamente del estadosólido al gaseoso, y al enfriarlaspasan directamente del estado gase-oso al sólido.

En el siguiente esquema figuran losnombres que reciben los distintoscambios de estado.

Los cambios de estado

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Comentá la frase: «Los gases tienden a expandirse y son compresibles».

Explicá, mediante algunos ejemplos, dónde se puede encontrar agua en la

naturaleza en cada uno de los tres estados.

Explicá el significado de los siguientes términos: fusión, sublimación,

vaporización.

¿Por qué a los gases y a los líquidos se los llama fluidos?

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ACT IV IDADES

3. Propiedades específicas de la materia

El ejemplo anterior nos hace caer en la cuenta de que algunas propiedades dela materia, como la masa, el volumen, la temperatura o la superficie, no nosdicen nada sobre la clase de materia que los constituye. Pero los objetos pose-en también muchas otras propiedades que dependen de la sustancia de la cualestán formados. Estas propiedades son las llamadas propiedades características o específi-cas, que nos permiten muchas veces diferenciar y reconocer las distintas sus-tancias. Veamos algunas de estas propiedades.

3.1 Color, sabor y olor

Muchas sustancias tienen un color característico que permite, si no recono-cerlas (puede haber otras del mismo color), al menos distinguirlas de otrasmuchas. A las sustancias que no tienen color se las llama incoloras.

El olor y el sabor son propiedades que sirven para diferenciar diversas clases demateria. Algunas sustancias se usan por su olor, por ejemplo, en la elaboraciónde perfumes o de aromas. A las sustancias que no huelen se las llama inodoras.Otras se emplean por su sabor, esencialmente en las industrias alimentaria y far-macéutica. A las sustancias que carecen de sabor se las denomina insípidas.

A B C

Algunas sustancias se distinguen de otras por su color. A. El azufre es de color amarillo.B. El cobre es de color rojizo. C. El cinc es de color gris.

Tenemos dos objetos, uno de vidrio y otro de hierro, y hemos observadoalgunas de sus propiedades:

• uno de los objetos tiene un volumen de 25 cm3 y una masa de 100 g;• uno de ellos es transparente (deja pasar la luz);• uno resiste los golpes sin romperse;• uno es de forma redondeada;• uno es incoloro (no tiene color);• uno tiene una temperatura de 20 ºC; • uno es atraído por un imán.

Algunas de estas propiedades no dependen de la materia de la que estánhechos estos objetos, lo mismo pueden pertenecer al objeto de hierro que alde vidrio; ¿cuáles son? Las restantes propiedades solo pueden correspondera uno de los objetos, ¿a cuál de ellos?

Los colorantes alimentarios sonsustancias que se utilizan para dar unaspecto más atractivo a bebidas ycomestibles.

Todas las sustancias que se añaden alos alimentos deben figurar en las eti-quetas y, con el fin de velar por lasalud de las personas, su uso se regu-la por las leyes y está cuidadosamen-te controlado.

Colorantes alimentarios

… Jamás debes oler directamentesustancias desconocidas y menosaún probarlas, porque esto puedeproducirte graves trastornos, comolesiones en las vías respiratorias, into-xicaciones y envenenamientos.

RECORDÁ QUE...

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E J EMPLO

EXPER I ENC IA

3.2 Dureza

Es la resistencia que los sólidos oponen a ser penetrados o rayados porotros sólidos. El diamante es la sustancia más dura que se conoce; con él se pueden rayarlos demás sólidos. Su gran dureza se aprovecha para fabricar herramientascon punta de diamante, que sirven para cortar los materiales más duros.El plomo, por el contrario, es un metal blando. Se raya fácilmente con un pun-zón de acero; por ello, decimos que el plomo es más blando que el acero.

3.3 Tenacidad

Un material es tenaz cuando resulta difícil de romper o de deformar. Es unapropiedad esencial en los materiales empleados para fabricar piezas que hande resistir grandes esfuerzos, como las vigas de los edificios, las herramientas,las piezas de los motores, etc.No hay que confundir dureza con tenacidad. El vidrio, por ejemplo, es muy duro(existen pocos materiales que puedan rayarlo) pero no es tenaz (se rompe fácil-mente con un golpe); decimos por ello que es un material frágil.

3.4 Elasticidad

Todos los cuerpos sólidos se pueden deformar en mayor o menor grado al apli-carles fuerzas. La elasticidad es la propiedad de recuperar la forma inicial alcesar estas fuerzas.Una cinta o tira de goma, un resorte en espiral y un muelle son algunos ejem-plos corrientes de cuerpos elásticos. Actualmente se utilizan muchos tejidoselásticos en la confección de prendas de vestir.

3.5 Maleabilidad y ductilidad

La maleabilidad es la propiedad que tienen algunas sustancias de poderextenderse en láminas delgadas sin romperse. Es una propiedad que pose-en muchos metales.La ductilidad es la propiedad que tienen algunas sustancias de poder estirar-se en hilos.El oro es el metal más maleable y dúctil, seguido de la plata y el cobre. Se pue-den obtener láminas de oro de un grosor inferior a 0,0001 mm. Estas láminasson tan finas que llegan a ser casi transparentes. ¡Con un gramo de oro sepuede obtener un hilo de 2 km de longitud!

El sodio es un metal muy blando. Se cortafácilmente con un cuchillo.

El aluminio es un metal maleable, porque sepuede extender en láminas.

Conseguí algunos trozos de materiales de diferente dureza, como alu-minio, cera, plástico, plomo y porcelana.Compará la dureza de estos materiales intentando rayar cada uno deellos con los demás. Ordenalos de mayor a menor dureza.

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3.6 Solubilidad en los líquidos

Si ponemos virutas de aluminio en un vaso, aunque lo removamos, el aluminioacabará depositándose en el fondo sin experimentar ningún cambio.Pero, si se hace lo mismo con un poco de sulfato de cobre y se remueve, lacantidad de sustancia sólida va disminuyendo mientras el líquido se tiñe decolor azul; decimos que el sulfato de cobre se disuelve con agua.De las sustancias que se disuelven en el agua, decimos que son solubles enagua. A las que no se disuelven las llamamos insolubles en agua.Muy frecuentemente se utilizan sustancias disueltas en líquidos. A estos líqui-dos les damos el nombre de solventes. El más barato y abundante y, por lotanto, el más usual, es el agua; pero, como hay muchas sustancias insolublesen ella es necesario emplear también otros disolventes.La industria consume actualmente gran cantidad y diversidad de solventes.La solubilidad en diferentes solventes es otra de las propiedades que nos per-miten diferenciar unas sustancias de otras.

3.7 Conductividad eléctrica

Los materiales que dejan pasar las cargas eléctricas a través de sí son con-ductores, y los que prácticamente no permiten el paso de cargas eléctricasson aislantes. Son buenos conductores los metales y las aleaciones; y son ais-lantes, la madera, el corcho, el vidrio y los plásticos.

Los metales, especialmente el cobre, como el de la fotografía, pero también la plata y el alu-minio, son buenos conductores de las cargas eléctricas.

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Comentá la frase: «El oro es un metal muy dúctil y maleable».

¿Qué significa que un material es tenaz?

¿Un material puede ser a la vez duro y frágil? Aclaralo poniendo un ejemplo.

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ACT IV IDADES

3.8 Puntos de fusión y ebullición

Las sustancias puras son las que están constituidas por una sola sustancia,como por ejemplo el oro, el agua, el hidrógeno, etc. El punto de fusión y elpunto de ebullición son propiedades características de estas sustancias.

Punto de fusión. Fusión es el paso del estado sólido al líquido. Los cuerpos sóli-dos se funden cuando se calientan. Un cubito de hielo recién sacado del congela-dor puede encontrarse a una temperatura de –15 ºC. Si lo calentamos lentamen-te, vemos que, cuando alcanza una temperatura de 0 ºC (si la presión atmosféricaes la normal), empieza a fundirse. Mientras se está fundiendo, la temperatura semantiene en dicho valor. Decimos que el punto de fusión del hielo es de 0 ºC.

Punto de ebullición. A medida que calentamos agua, su temperatura irá aumen-tando. Si lo hacemos en un recipiente abierto y la presión del aire es la normal, alalcanzar los 100 ºC, el agua empezará a hervir. Mientras esté hirviendo, su tempe-ratura no variará. Decimos que el punto de ebullición del agua es de 100 ºC.

Cada sustancia pura hierve y se funde a una temperatura determinada; por ello,los puntos de ebullición y de fusión son propiedades características que sirvenpara identificar las sustancias puras. El que una sustancia se encuentre habi-tualmente en estado sólido, líquido o gaseoso depende de sus puntos defusión y ebullición.

El punto de fusión de una sustancia pura es la temperatura a la que se funde ala presión atmosférica normal.

El punto de ebullición de un líquido puro es la temperatura a la que hierve cuan-do está en un recipiente abierto y la presión atmosférica es la normal.

Tabla 1

Puntos de fusión en ºC

Helio –272Alcohol –130Mercurio –39Agua 0Plomo 334Plata 960Oro 1 061Hierro 1 540Platino 1 765

Tabla 2

Puntos de ebullición en ºC

Helio –269Oxígeno –183Éter 35Acetona 56Alcohol 78Agua 100Ácido sulfúrico 338Mercurio 357Azufre 445Aluminio 2 270Hierro 2 740

Tabla 3

Punto Puntode fusión de ebullición

en ºC en ºC

Butano –135 – 0,5Benceno 5,5 80,1Fenol 40,9 182,2

E J EMPLOA partir de los valores de la tabla 3 podemos saber cuál será el estado físicode cada una de las citadas sustancias a una temperatura ambiente de 25 ºC.• El butano será un gas, pues 25 ºC es una temperatura superior a su punto

de ebullición.• El benceno será líquido, pues 25 ºC es una temperatura más alta que su

punto de fusión y más baja que su punto de ebullición.• El fenol será sólido, porque a 25 ºC no ha alcanzado aún su punto de

fusión.

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¿Por qué el mercurio es un líquido a temperatura ambiente de 25 ºC?

La base de investigación científica situada en el mismo Polo Sur de la Tierra ha llegado a registrar temperaturas de –88 ºC. A

esta temperatura ambiente, ¿en qué estado físico se encontrarían el butano, el benceno y el fenol? (Recurrí al ejemplo ante-

rior.)

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ACT IV IDADES

EXPER I ENC IASe miden con una balanza las masas de pequeños cubos macizos de 1 cm3 de aluminio, de cobre y de plomo:

3.9 La densidad

Dos cuerpos de diferentes sustancias, aunque tengan el mismo volumen, notienen generalmente la misma masa. Así, por ejemplo, 1 cm3 de hierro tiene unamasa mucho mayor que 1 cm3 de corcho. Decimos, entonces, que el hierro esmás denso que el corcho.De igual manera, determinado volumen de alcohol tiene una masa menor que elmismo volumen de agua; decimos que el alcohol es menos denso que el agua.

En general, la experiencia confirma que para cada sustancia existe una relaciónentre su masa y su volumen.

Si la masa se expresa en gramos y el volumen en centímetros cúbicos, ladensidad del aluminio es de 2,7 gramos por centímetro cúbico. Se escribeasí: 2,7 g/cm3. ¿Cuáles son las densidades del cobre y del plomo?

Se llama densidad de una sustancia a la masa de cada unidad de volumen dedicha sustancia.

Cada sustancia pura se caracteriza por presentar siempre la misma densidad aigual temperatura y presión. La densidad es, pues, una propiedad característicamuy importante de las sustancias puras.

1 cm3 de aluminio tiene una masa de 2,7 g. 1 cm3 de cobre tiene una masa de 8,9 g. 1 cm3 de plomo tiene una masa de 11,3 g.

E J EMPLO

¿Cuál es la densidad de una moneda de plata que tiene una masa de 52 g yun volumen de 5 cm3?Al dividir la masa entre 5, se obtiene la masa de 1 cm3, es decir, la densidad.

52 gDensidad = ––––––– = 10,4 g/cm3

5 cm3

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Cálculo de la densidadPara calcular la densidad de un cuerpo de una determinada sustancia, se dividesu masa entre su volumen.

La unidad de densidad en el sistema internacional (SI) es el kilogramo pormetro cúbico (kg/m3), ya que la unidad de masa en este sistema es el kilogramo,y la unidad de volumen, el metro cúbico.Sin embargo, en el laboratorio, las densidades se expresan habitualmente eng/cm3.

Cambio de unidadSi una densidad viene expresada en g/cm3 y queremos expresarla en kg/m3, oviceversa, ¿cómo hemos de proceder? Fijate en el siguiente ejemplo.

masa mDensidad = –––––––––– ; es decir, ρ = ––––

volumen V

La densidad se representa por la letragriega rho (ρ).

Unidades de densidad

E J EMPLO

La densidad del oro a temperatura ambiente es de 19,3 g/cm3.Expresá esta densidad en kg/m3.

Recordá que 1 kg = 1 000 g = 103 g; y 1 m3 = 1 000 000 cm3 = 106 cm3.

Multiplicaremos los 19,3 g/cm3 por dos fracciones. Cada fracción recibe elnombre de factor de conversión. Las cantidades del numerador y del deno-minador de cada fracción han de ser equivalentes.

g g 1 kg 106 cm3ρ = 19,3 ––––– = 19,3 ––––– � ––––––– � ––––––––– = 19300 kg/m3

cm3 cm3 103 g 1 m3

El primer factor de conversión nos ha permitido pasar de g a kg; el segundo,de cm3 a m3. (Observá que las unidades se simplifican como si fueran facto-res numéricos.)

¿Una sustancia puede tener al mismo tiempo un volumen muy grande y una

masa muy pequeña? Aclaralo con un ejemplo.

Si 400 cm3 de un líquido tiene una masa de 360 g, ¿cuál es la densidad de este

líquido?

La densidad del plomo es 11 300 kg/m3; expresala en g/cm3.

El aluminio es un metal que tiene una densidad de 2,7 g/cm3. Expresá la densi-

dad del aluminio en kg/m3.

¿Cuál de estas dos densidades es mayor: 240 kg/m3 o 1,5 g/cm3?

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ACT IV IDADES

Es importante señalar que las densidades de los sólidos se refieren a cuer-pos macizos; es evidente que la densidad de un cuerpo hueco es menorque la del mismo cuerpo macizo.Muchos de los cuerpos que conocemos y utilizamos no son homogéneos. Enellos podemos distinguir porciones de distinta densidad. Llamaremos a ladensidad de esta clase de muestras densidad media.Por ejemplo, si dividimos la masa de un limón entre su volumen, obtendre-mos un cociente que será distinto de la densidad de la piel, de la pulpa y delas semillas. El valor hallado lo consideraremos como densidad media dellimón.

De entre las densidades que figuran en la tabla conviene que recuerdes la delagua pura.

Densidad del agua: ρ = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3

Valores de la densidadLas sustancias presentan densidades muy diversas: desde los gases, queson muy poco densos, hasta algunos metales, que son muy densos.El aire que nos envuelve, por ejemplo, tiene aproximadamente una densidadde 0,0013 g/cm3; en cambio, un metal como el platino tiene una densidad de21,4 g/cm3.En la siguiente tabla se muestran las densidades de diversas sustancias atemperatura ambiente expresadas en kg/m3 y en g/cm3. No figuran gasesporque su densidad varía de forma considerable con la temperatura y la pre-sión.Algunas de las densidades que aparecen en la tabla no son de sustanciaspuras.

Aluminio, magnesio y mercurio.

Sólidos macizos kg/m3 g/cm3

Corcho 200 a 240 0,2 a 0,24

Madera de pino 500 a 700 0,5 a 0,7

Hielo 915 0,915

Madera de ébano 1 200 1,2

Cuarzo 2 650 2,65

Aluminio 2 700 2,7

Hierro 7 800 7,8

Cobre 8 900 8,9

Plata 10 400 10,4

Plomo 11 300 11,3

Oro 19 300 19,3

Platino 21 400 21,4

Líquidos kg/m3 g/cm3

Éter 736 0,736

Nafta 740 0,74

Alcohol 790 0,79

Acetona 790 0,79

Benceno 880 0,88

Petróleo 880 0,88

Aceite de oliva 920 0,92

Agua pura 1 000 1

Agua de mar 1 020 1,02

Leche 1 030 1,03

Glicerina 1 260 1,26

Tetracloruro de carbono 1 590 1,59

Mercurio 13 600 13,6

Tabla 4. Densidades a 25 ºC y presión atmosférica normal

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Aplicaciones de la densidad

a. Cálculo de la masa de un cuerpo conociendo su volumen y su densidad.

De la fórmula de la densidad, ρ = m/V, se obtiene la masa: m = ρV

La masa se calcula multiplicando la densidad por el volumen.

b. Cálculo del volumen de un cuerpo conociendo su masa y su densidad.

De la fórmula: ρ = m/V se obtiene el volumen: V = m/ρEl volumen de un cuerpo se puede calcular dividiendo la masa entre ladensidad.

¿Cuál es el volumen de 80 g de alcohol? En la tabla de densidades, podésleer que la densidad del alcohol es 0,8 g/cm3.

El volumen de 80 g de alcohol es:m 80 g

V = –––– = –––––––––––– = 100 cm3

ρ 0,8 g/cm3

Calculá la masa de 50 dm3 de acetona.

Un frasco contiene 50 cm3 de mercurio. ¿Cuál es la masa de mercurio?

Una llave maciza cuya masa es 52 g está hecha de latón, que es una aleación de cobre y cinc con una densidad de 8 g/cm3.

Calculá el volumen de esta llave.

Un objeto macizo tiene una masa de 800 g y una densidad de 5 g/cm3. Otro objeto, también macizo, de 640 g de masa,

tiene una densidad de 4 g/cm3. ¿Cuál de los dos objetos tiene mayor volumen? ¿Puede tratarse de dos objetos de la misma

clase de materia?

Tenemos cuatro soldaditos exactamente iguales, pero elaborados con distintos materiales: uno es de plomo; otro, de hierro;

otro, de plata, y otro, de aluminio. Ordenalos, sin hacer cálculos, de mayor a menor masa. Consultá la tabla 4.

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… Para resolver un problema debés:

• Escribir la fórmula que vas a em-plear para efectuar los cálculos.

• Escribir las unidades utilizadas entodas las cantidades y muy espe-cialmente en los resultados.

• Emplear las unidades adecuadas.Así, para calcular el volumen de uncuerpo en cm3, si la masa estáexpresada en gramos, la densidaddeberá expresarse en g/cm3.

RECORDÁ QUE...

E J EMPLO

E J EMPLO

¿Cuál es la masa de un bloque de mármol de 3 m3 de volumen? El mármoltiene una densidad de 2700 kg/m3; es decir, que cada m3 de mármol tieneuna masa de 2700 kg.

La masa del bloque de mármol es:

2700 kg � 3 m3m = ρV = ––––––––––––––––– = 8100 kg

m3

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ACT IV IDADES

¿Qué cuerpos flotan en un líquido?¿Cómo podemos saber si al sumergir totalmente un cuerpo macizo en un líqui-do, flotará o se hundirá? Observá estas fotografías.

La experiencia nos enseña que, cuando un sólido macizo tiene menos densi-dad que un líquido, flota en él. Si la densidad del sólido macizo es mayorque la del líquido, se hunde.¿Qué ocurrirá si ambas densidades, la del líquido y la del sólido, son iguales? Eneste caso, el cuerpo queda completamente sumergido, sin hundirse ni subir a lasuperficie. Decimos que queda entre dos aguas.

El hielo flota porque su densidad es menorque la del agua líquida. En cambio, los tor-nillos de hierro se hunden porque su densi-dad es mayor que la del agua.

¿Por qué los mismos tornillos de hierro flo-tan perfectamente en el mercurio? Porquela densidad de los tornillos es menor que ladel mercurio.

Se introducen en agua tres cuerpos macizos, A, B y C,

cuyas masas y volúmenes son:

¿Qué cuerpos se hunden y cuáles flotan? Justificá la

respuesta.

En una probeta se echan con cuidado diferentes líqui-

dos y objetos sólidos macizos que floten en ellos.

Razoná cuál será el orden de superposición de los líqui-

dos y los objetos que flotarán en ellos utilizando la

tabla de densidades.

Los líquidos empleados en esta experiencia no se mez-

clan entre sí, se dice que son inmiscibles.

Sugerí cuerpos de otras sustancias que también queda -

rían flotando entre dos líquidos.

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Tapón de corcho

Petróleo

Vela

Agua

Madera de ébano

Tetracloruro de carbono

Bola de hierro

Mercurio

Cuerpos Masa Volumen

Cuerpo A 200 g 50 m3

Cuerpo B 60 g 25 m3

Cuerpo C 20 g 50 m3

EXPER I ENC IA

Prepará una solución de sal en agua.Añadile seguidamente un huevo duro.Repetí la experiencia con agua de lacanilla en lugar de agua salada. ¿Enqué caso el huevo se hunde y en quécaso flota?

Añadí agua de la canilla al agua sala-da, poco a poco y agitando. Podrásconseguir que el huevo quede en elinterior del líquido sin subir ni bajar. Enestas condiciones, ¿qué relación exis-te entre la densidad del huevo y la dellíquido? Anotá tus observaciones.

ACT IV IDADES

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RESUMEN

Materia y materiales • Materia es todo aquello que nos rodea y que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.• Los materiales son las clases de materia que se utilizan para fabricar o construir objetosdiversos.

Magnitudes • Magnitud es cada una de las características de un cuerpo que se puede medir.• La unidad de volumen en el SI es el metro cúbico (m3). Algunos de los submúltiplos sonel decímetro cúbico (dm3), el centímetro cúbico (cm3) y el milímetro cúbico (mm3).

• La unidad de masa en el Si es el kilogramo (kg). El gramo y el miligramo son algunos desus submúltiplos.

Estados físicos de la materia

• La materia puede encontrarse en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso.• Cuando una sustancia pasa de un estado físico a otro decimos que cambia de estado.

Propiedades características de la materia

• Algunas propiedades características de la materia son: color, olor y sabor; dureza; elastici-dad; tenacidad; maleabilidad, ductilidad, solubilidad y conductividad.

• Algunas propiedades características de las sustancias puras son: el punto de ebullición, elpunto de fusión y la densidad.

Densidad de las sustancias

• Se llama densidad de una sustancia a la masa de cada unidad de volumen de dicha sus-tancia.

• Para calcular la densidad de un cuerpo de una determinada sustancia se divide su masaentre su volumen:

mρ = ––––

V

De la fórmula de la densidad se deduce:

mm = ρV y V = ––––

ρ

• En el sistema internacional, la unidad de densidad es el kg/m3, aunque es frecuente encon-trar las densidades expresadas en g/cm3.

• Un sólido macizo flota en un líquido si la densidad del sólido es menor que la del líquido.• Un sólido macizo se hunde en un líquido si la densidad del sólido es mayor que la dellíquido.

Estado sólido • Los cuerpos en estado sólido tienen forma propia.• Son prácticamente incompresibles.

Estado líquido • Los cuerpos en estado líquido no tienen forma fija.• Son prácticamente incompresibles.

Estado gaseoso • Los cuerpos en estado gaseoso no tienen forma fija y tienden aocupar todo el espacio del recipiente que los contiene.

• Son compresibles.

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ACTIVIDADEXPERIMENTAL

Determinaciónde la densidad

en el laboratorio

1 2 3

1 2 3

PROCEDIMIENTOS

SólidosPara determinar la densidad de un cuerpo sólido, se mide su masa con una balanza y su volumen por desplazamiento dellíquido (agua) contenido en una probeta graduada.Para calcular la densidad de la llave de latón, procederemos como se indica en las figuras 1, 2 y 3:

Si el sólido es regular (esfera, cilindro, prisma…), también se puede hallar su volumen aplicando las fórmulas matemáticasexplicadas en la unidad 1.

LíquidosPara determinar la densidad de un líquido, se mide su masa con una balanza (debe restarse la masa del vaso vacío). El volu-men se mide con una probeta graduada.

ACTIVIDADES

Explicá cómo se puede determinar la densidad de una pieza metálica maciza, de forma cilíndrica, sin utilizar ni la probetagraduada ni el agua.

Objetivos– Determinación de la densidad de

un sólido y un líquido.

Material– Cuerpo sólido.

– Balanza.

– Probeta graduada.

– Vaso de precipitados.

– Un líquido.

m 80 g 80 gρ = –––– = –––––––––––––––––––– = ––––––––– = 8 g/cm3

V 80 cm3 – 70 cm3 10 cm3

m 240 g – 180 g 60 gρ = –––– = –––––––––––––––––––– = ––––––––– = 1,5 g/cm3

V 40 cm3 40 cm3Masa del líquido: 240 g – 180 g = 60 g


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AB

AB

2 00

g1 000

2 000

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Observá las balanzas de la ilustración.

a) ¿Cuál es la masa del líquido?b) ¿Cuál es la masa de la bola de hierro?c) ¿Cómo podrías averiguar su volumen?

¿Cómo podríamos medir el volumen de una gota de agua?Con el cuentagotas, echá cuidadosamente 50 ó 60 gotasen una probeta graduada, lo más estrecha posible.Leé el volumen total en la escala de la probeta y dividaloentre el número de gotas que has echado. Expresá elresultado en milímetros cúbicos.

Disponés de una caja de chinches y cada una de ellastiene una masa menor de 1 g. ¿Qué procedimiento segui-rías para calcular, aproximadamente, la masa de una chin-che usando una balanza cuyas pesas más pequeñas sonde 1 g?

Se pesa un líquido en un recipiente A y en otro recipienteB. A continuación se pesan juntos los dos recipientes va -cíos. En la figura podés ver los resultados obtenidos.Calculá la masa del líquido y la de cada uno de los reci-pientes.

Nombrá dos objetos cuyos volúmenes respectivos sean,aproximadamente:a) 1 m3 b) 1 cm3

La arista de un cubo A es dos veces mayor que la de uncubo B. ¿Cuántas veces es mayor el volumen de A res-pecto del volumen de B?

En una balanza de cocina hemos realizado la pesada quemuestra el dibujo. ¿Cuál es su resultado?

Ordená de mayor a menor las siguientes masas:6 700 g 0,004 Mg4,5 kg 4 500 000 mg

Construí un cm3 de papel y un dm3 de cartulina.

Al examinar un objeto hemos podido observar que:

• su color es amarillo,• su masa es de 90 g,• es largo y estrecho,• si se calienta a 114 ºC de temperatura, se funde,• tiene un volumen de 40 cm3,• no se disuelve en el agua,• al golpearlo, se rompe fácilmente.De las anteriores observaciones, ¿cuáles se refieren a pro-piedades características de la materia de la que está fabri-cado el objeto? Razoná la respuesta.

Completá las siguientes frases:• Un material es tenaz cuando ......• Un material es frágil ......• Un material es dúctil ......

Si dividimos una hoja de cartón en dos partes iguales,¿cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones referentes acada trozo de cartón son ciertas? ¿Y cuáles son falsas?Razoná las respuestas.• Su volumen ha quedado reducido a la mitad.• Su masa ha quedado reducida a la mitad.• Su densidad ha quedado reducida a la mitad.• Su dureza ha quedado reducida a la mitad.

¿Es necesario que un líquido hierva para que se conviertaen gas? Ideá una experiencia sencilla para demostrar turespuesta.

El punto de fusión de la glicerina es de 17,9 ºC y el de ebu-llición es de 290 ºC.¿Cuál es el estado físico de la glicerina a 12 ºC?¿Y a 50 ºC? Razoná las respuestas.

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ACT I V IDADES F I NALES

A

B

C

81g

ml100

80

60

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Indicá después de hacer los cálculos necesarios, cuál deestas densidades es mayor: 200 kg/m2 o 1,5 g/cm2

La masa de un cubo de hierro es de 500 g. ¿Cuál es lamasa de un cubo de aluminio de las mismas dimensiones?

¿Serías capaz de levantar del suelo un bloque de corchode 50 cm � 20 cm � 20 cm? Consultá la tabla de densi-dades.

Una bola de plomo tiene un volumen de 50 cm3 y 565 g demasa. Después de realizar los cálculos necesarios, indicá,de forma razonada, si dicha bola es hueca o maciza.Densidad del plomo = 11,3 g/cm3

Disponemos de dos cilindros macizos, uno de 50 g hechode cobre y otro de 70 g hecho de aluminio. ¿Cuál de losdos ocupa mayor volumen? Consultá la tabla de den -sidades.

Se introducen 3 kg de mercurio en una probeta cilíndricacuya sección mide 20 cm2. ¿Qué altura alcanzaran en laprobeta?

Tres bolas macizas tienen el mismo volumen. Una bola esde aluminio; otra, de hierro, y la tercera, de cobre. ¿Cuál deellas posee mayor masa? Consultá la tabla de densidadesy razoná tu respuesta sin efectuar cálculos.

Un litro de leche tiene una masa de 1 030 g. ¿Cuál es ladensidad de la leche? Expresala en g/cm3 en kg/m3.

Se han pesado unos tornillos metálicos con el resultadoindicado en la figura. A continuación se han sumergido enuna probeta que contiene inicialmente 50 cm3 de agua.Calculá la densidad de los tornillos. ¿De qué metal pueden estar hechos? Consultá la tabla dedensidades.

Un cubo de latón de 5 cm de aristatiene una masa de 1 kg. ¿Cuál es ladensidad del latón? Expresala en g/cm3

y en kg/m3.

¿Qué sustancias sólidas de las que aparecen en la tabla dedensidades flotan en el agua? ¿Y en el mercurio? ¿Hayalguna que flote en el agua, pero no en el alcohol? Razonálas respuestas.

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1. ¿Cuáles son los estados físicos en los que puede pre-sentarse la materia? Poné un ejemplo de materias que seencuentren en cada uno de esos estados.

2. Los volúmenes de los objetos de la primera columnaaparecen cambiados de orden en la segunda. Establecela correspondencia entre cada objeto y su volumencorrecto.Armario 6 dm3

Garbanzo 40 m3

Caja de zapatos 1,9 m3

Habitación 0,6 cm3

Salero 14 cm3

Ordenador 45 dm3

3. ¿A qué propiedad característica hace referencia cada unode los siguientes párrafos?a) Una tira de goma se puede alargar mucho tirando de

sus extremos pero, al soltarla, vuelve a recuperar su lon-gitud inicial.

b) El cobre empleado en los conductores eléctricos sepuede estirar formando hilos finos.

c) Del aluminio se pueden obtener láminas finas, como elconocido papel de aluminio.

4. En la mayoría de los casos, cuando se calienta un cuerpo, suvolumen aumenta; decimos que se dilata. Si calentamos uncuerpo, ¿qué le ocurre a su densidad? Razoná la respuesta.

5. Completá en tu cuaderno la siguiente tabla:

6. Un litro de alcohol tiene una masa de 790 g. ¿Cuál es la den-sidad del alcohol? Expresala en g/cm3 y en kg/m3.

ACT IV IDADES DE S Í N T ES I S

Masa Volumen Densidad

12 g 2 cm3 ___ g/cm3

18 g 4 cm3 ___ kg/m3

___ g 10 cm3 2 g/cm3

___ g 15 dm3 1 200 kg/m3

5 700 g ___ dm3 11,4 g/cm3

678 g ___ cm3 11 300 kg/m3


ciencia, técnica y sociedad

En el Ártico, el casquete polar deGroenlandia origina cada año unos 12000 icebergs que se mueven con las corrientes marinas y representan un verdadero peligro para la navegación.Recordemos como ejemplo elhundimiento del Titanic en 1912 en elAtlántico Norte originado por el choquedel barco con un iceberg a la deriva, con el desgraciado balance de más de un millar de muertos.

Los icebergs que se originan en el casquete Antártico son de forma tabular con bordes escarpados yalgunos pueden tener considerablesdimensiones. En 1963, se originó uno de casi 10 000 km2 (la mitad de lasuperficie de la provincia de Tucumán).

Los icebergs son enormes bloques de hielo de hasta 400 m de espesor quese desprenden de los casquetes polares o de las lenguas glaciares y caen almar. Flotan perfectamente sobre el agua del mar porque la densidad del hieloes 915 kg/m3 y la del agua del mar 1 020 kg/m3.

El transatlántico Titanic.

Los icebergs

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Arquímedes nació en Siracusa en el año 287 a. C. Estudióen Alejandría, una importante ciudad egipcia del Medi-terráneo oriental, en la que en el siglo III a. C. destacabanlos estudios en matemáticas y física.

Después volvió a Siracusa, donde enseñaba y escribía sobreálgebra, geometría y física.

Durante el asedio de Siracusa por los ejércitos romanos,construyó diferentes ingenios bélicos que retardaron laconquista de la ciudad.

Arquímedes es una de las grandes lumbreras de laAntigüedad. Se caracterizó por su originalidad y por unpensamiento independiente.

La tradición dice que Herón, rey de Siracusa, prometió a losdioses una corona de oro por haber ganado una importantebatalla. Para construirla, dio a su joyero una cierta cantidadde oro. Una vez terminada, Herón sospechó que el joyero sehabía quedado con una parte del oro y en su lugar habíapuesto plata, mucho más barata.

Para salir de dudas, encargó a Arquímedes que averigua-ra si la corona era de oro puro sin dañarla. La masa de lacorona se correspondía, efectivamente, con el oro entre-gado al joyero, pero Arquímedes sabía que la plata eramenos densa que el oro, es decir, que ocupa más volu-men para una misma masa.

Un día, al entrar en el baño, vio cómo subía el nivel deagua y se derramaba fuera de la bañera.

¡Eureka, aquí tengola respuesta a mi problema!

Sumergió la corona en agua y midió su volumen por elaumento del nivel de agua. A continuación, sumergió unamasa de oro igual al de la corona; si los dos volúmenescoincidían, la corona sería de oro puro, pero si tenía plata,ocuparía un volumen más grande.

Gracias a Arquímedes, el rey se dio cuenta de que la coro-na no era de oro puro y condenó al joyero por intentarengañar a la Corte.

Arquímedes, investigador de la densidad

ACTIVIDADES

1. Convertite en un nuevo Arquímedes determinando cuál deestas coronas es de oro, cuál de plata y cuál contiene los dosmetales.

La corona

del rey Herón

masa (en g) 4 200 4 200 4 200

volumen (en cm3) 404 305 218

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los materiales y sus propiedades -...

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