NATUR MATE 2015
1. La materia y su composición
1. La materia y su composición
En este tema aprenderás sobre:
.La materia, sus propiedades, constitución y medida.
.La estructura microscópica de la materia.
.La teoría cinética de la materia.
.Los principales estados de agregación de la materia.
.Los cambios de estado de agregación de la materia.
.La medida de los principales propiedades materiales.
.Sistema Internacional de medida y unidades.
.Ejemplos de los principales tipos de magnitudes y unidades.
¿Qué es la materia?
Con palabras sencillas, podemos decir que la materia es todo lo que existe, ocupa un espacio y se puede pesar. Materia son los cuerpos que vemos, tocamos, medimos, etc. De una forma más rigurosa, materia se define como.
Materia es todo lo que existe, tiene masa y volumen.
La masa y el volumen son dos propiedades fundamentales de la materia que estudia remos en este tema.
Si pudiéramos ver los cuerpos materiales con un microscopio muy potente, veríamos que todos los cuerpos están formados por unas pequeñas partículas llamadas átomos.
Hay átomos de diferentes tipos. Los átomos se pueden diferenciar entre sí por su masa ( unos pesan más que otros), por su tamaño (unos mayores que otros) y por la forma que tienen de unirse a otros átomos.
Todos los cuerpos materiales están formados por unas partículas llamadas átomos.
En este tema considera remos a los átomos como eternos e indestructibles.
Unión de átomos
Loa átomos pueden unirse entre sí, formando compuestos. Estos átomos que se unen pueden ser iguales o distintos. Cuando los átomos se unen se dice que forman enlaces.
La fuerza con la que se unen los átomos depende del tipo o naturaleza de los átomos que se unen.
Hay átomos que se atraen entre sí con mucha fuerza y se unen muy fuertemente y otros que práctica mente no se atraen nada y no se unen.
Loa átomos dependiendo de su naturaleza pueden unirse entre sí formando enlaces.
Temperatura.
Si mirásemos las partículas o átomos que componen un cuerpo, veríamos que éstas se mueven, y se mueven más rápido cuanto mayor es la temperatura del cuerpo y viceversa. Si las partículas gana energía aumenta la temperatura y si la pierden baja.
La temperatura está directa mente relacionada con la rapidez ( velocidad ) o energía que tienen los átomos o partículas que componen los cuerpos.
El aparato más utilizado para medir la temperatura es el termómetro.
Teoría cinética de la materia
Los cuerpos están formados por átomos, que pueden unirse entre sí, tienen energía y están en movimiento. Que los átomos estén unidos o separados entre sí depende de dos factores:
1) De la fuerza con la que los átomos se atraen, que depende del tipo de átomos que se unen.
2) De la temperatura o energía que poseen los átomos. Si los átomos más rápido (más temperatura ) será más fácil que se separen que si se mueven más lentos (menos temperatura).
Que los átomos estén unidos entre sí depende del tipo de átomos y de la temperatura.
Por ello, las sustancias están en estado sólido, liquido o gas.
Estados de la materia
Gaseoso
Las partículas de los gases se atraen muy poco entre sí y están separados.
La estructura microscópica de los gases explica que representen las siguientes propiedades.:
Su forma y su volumen es la del reciente que los contiene. Se pueden comprimir (reducir o aumentar su tamaño). Pueden fluir ( viajar de u sitio a otro deslizándose por el medio). Los gases ejercen presión (fuerza sobre las paredes del recipiente que los contienen).
Las temperaturas altas favorecen que las sustancias estén en estado gaseoso.
Sólido
Las partículas de los sólidos se atraen con mucha fuerza entre sí y están fuertemente unidas.
Las partículas de los sólidos sólo pueden vibrar,
y vibrarán más rápido cuanto mayor sea la
temperatura. La atracción entre partículas es fuerte
Las estructura microscópica de los sólidos explica que presenten las siguientes propiedades:
Su forma y su volumen son fijos y no varían. Son incomprensibles (no se reducen al ser presionados). No fluyen. Los sólidos ejercen presión sólo sobre los cuerpos que están apoyados en él.
Las temperaturas bajas favorecen que las sustancias estén en estado sólido.
Líquido
Las partículas de los líquidos se atraen con fuerza intermedia entre sí y las partículas están unidas pero se mueven o deslizan unas con respecto de otras.
La estructura microscópica de los líquidos explica que representan las siguientes propiedades:
Su forma es la del recipiente que lo contiene y su volumen es fijo,no varía. Son incompresibles ( o se reducen al ser presionados). Pueden fluir. Los líquidos ejercen presión sobre las paredes de los recipientes que los contienen.
Las temperaturas intermedias favorecen que las sustancias estén en estado líquido.
2. Propiedades de la materia
Masa
Todos los cuerpos tienen masa.una definición de la masa es: "cantidad de materia que tiene un cuerpo".
Otra manera más intuitiva de definir la masa es: la masa de un cuerpo se relaciona directamente con la cantidad de átomos o partículas que contiene. Cuanto más átomos más masa y viceversa.
La masa de un cuerpo mide la cantidad de átomos o partículas que contiene.
Nota: también depende del tipo de átomo ya que unos átomos tienen más masa que otros.
Volumen
Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo.
Todos los cuerpos que existen tienen volumen, ya que ocupan un lugar en el espacio.
El volumen de un cuerpo es el que ocupan los átomos que lo como ponen más en el espacio entre ellos ( espació ínter atómico).
El espacio ocupado por un cuerpo no pueden ser ocupado por otro cuerpo a la vez ( principio de impenetrabilidad de los cuerpos).
Densidad
Hemos visto que todos los cuerpos tienen masa y volumen, es decir que están formados por átomos que ocupan un espacio.
A la división entre la masa y el volumen de un cuerpo se llama densidad. d=m/v
Los átomos de un cuerpo pueden estar mas o menos juntos, es decir, en un mismo espacio puede haber más o menos átomos.
Un cuerpo denso es aquel que tiene muchos átomos en un espacio determinado, es decir, los átomos están muy juntos. Mientras que si hay mucho espacio entre ellos será poco denso.
Otras propiedades de la materia
Los cuerpos materiales tienen otras muchas propiedades. A continuación comentaremos algunas de ellas a modo de ejemplo:
Dureza. Indica si es fácil o difícil de rayar.
Índice de refracción. Indica si la luz para calentar más o menos rápido en el interior de un cuerpo.
Calle específico. Indica si hay que dar más o menos energía para calentar o enfriar el cuerpo.
Conductividad eléctrica y térmica. Indica si el calor y la electricidad pasan o no con facilidad a través del cuerpo.
Dimensiones de los cuerpos
En el espacio que conocemos hay tres dimensiones llamadas: ancho, largo y alto.
Todos los cuerpos son tridimensionales ( 3 dimensiones), por ejemplo: un balón, una silla,un coche, etc.
Sin embargo, hay cuerpos que tienen una dimensión mucho más pequeña que las otras dos. Son cuerpos dimensionales. Por ejemplo, un folio o un mantel son muy finos y en la práctica se tienen en cuenta dos dimensiones: ancho y largo.
Hay cuerpos, como por ejemplo un hilo o una cuerda, en los que predomina una sola dimensión, son cuerpos unidimensionales.
Cambios de estado
Hemos visto que el estado de una sustancia depende de dos factores: naturaleza de la sustancia ( de ella depende la fuerza de unión entre sus átomos) y temperatura ( de ella depende la energía o rapidez con la que se mueven los átomos).
Las partículas de los gases se mueven libremente, y se mueven más rápido
Cuanto mayor sea la temperatura. La atracción entre partículas es débil.
Un cuerpo en estado sólido al que se aumenta su temperatura hace que sus partículas se muevan más rápido hasta que se separan y pasa a estado líquido o gaseoso. Lo contrario pasa si se baja la temperatura, las partículas tendrán menos energía y tenderán a estar en estado líquido o sólido.
Las temperaturas intermedias favorecen que las sustancias estén en estado líquido Solido.
Magnitud, medida y unidades
Magnitud. Es cualquier propiedad ( del universo) que se puede medir o calcular de alguna forma. Ejemplo: tiempo, masa, fuerza, longitud, velocidad, aceleración, etc.
Medida. Es el resultado de comparar dos magnitudes de la misma naturaleza.
Ejemplo: cuando se mide el tiempo se compara lo que tarda en ocurrir algo con lo que tardan las agujas de reloj en dar las vueltas, estoy comparando un tiempo ( fenómeno ) con otro (reloj).
Unidad de medida. Cantidad de una determinada magnitud que se toma como referencia. Actualmente las establece el Sistema Internacional de unidades ( S.I.).
Ejemplo: la unidad de tiempo es el segundo, por tanto comparo lo que tarda cualquier fenómeno con el segundo.
Sistema Internacional (SI)
El Sistema Internacional (SI) es un sistema de unidades establecido por una conferencia internacional.
El SI también se llama " sistema métrico" y fue creado en 1960. La gran mayoría de los países utiliza este sistema de unidades.
Magnitudes. El SI ha establecido siete magnitudes como fundamentales o básicas. Todas las demás son derivadas y utilizan a las fundamentales para definirse.
Unidad de medida. El SI asigna una magnitud a cada unidad. También establece las equivalencias entre las unidades del SI y otras unidades de la misma magnitud.
Conversión de unidades
Las unidades pueden tener múltiples o submúltiplos que son prefijos que se colocan delante de la unidad y que la multiplican y dividen respectiva mente por la unidad seguida de ceros. Ejemplo: un kilómetro son mil metros ( kilo multiplica por mil al metro ).
Una misma magnitud puede medirse con distintas unidades, una de ellas es elegida por el SI y las otras no, pero tienen una equivalencia entre ellas. Ejemplo: metros y millas. Ambos miden longitud, pero el metro es la unidad del SI
Para convertir unas unidas en otras, o para cambiar entre los múltiplos y submúltiplos de una misma unidad, se pueden usar: multiplicación o división por la unidad seguida de ceros, las reglas de tres, fórmulas y las factores de conversión.
masa
masa. cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Tipo de magnitud: fundamental
Unidad SI: Kilogramo (kg).
Instrumentos de medida: balanza, báscula, granatario, peso...
Otras unidas: libra, onza, UTM, arroba, quintal, grano, tonelada...
Ejemplo: 2 kg. La magnitud medida es la masa en la unidad kilogramos. La cantidad medida es 2 (hay 2 veces un kilogramo). Se ha medido con una balanza.
Longitud
Longitud: distancia entre dos puntos.
Tipo de magnitud: fundamental
Unidad SI: metro ( m ).
Instrumentos de medida: cinta métrica, regla de medir, técnicas láser...
Otras unidades: yarda, milla marina, milla terrestre, pie, cuarta, codo...
Ejemplo: 5m. La magnitud medida es la longitud en la unidad metros. La cantidad medida es 5 ( hay 5 veces un metro). Se ha medido con una cinta métrica.
Tiempo
Tiempo: duración de un fenómeno.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: segundo (s)
Instrumentos de medida: cronómetro, reloj digital, reloj de arena, clepsidra...
Otras unidades: minuto, hora, día, mes, año, cron, eón...
Ejemplo: 8 m. La magnitud medida es el tiempo en la unidad segundos. La cantidad medidas es 8 ( hay 8 veces un segundo ). Se ha medido con un cronómetro.
Temperatura
Temperatura. Medida de la cantidad de energía de las partículas de un cuerpo.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: kelvin (k).
Instrumentos de medida: termómetro, termopar, resistencia eléctrica...
Otras unidades: grado Celsius, Fahrenheit, Reaumur...
Ejemplo: 3k. La magnitud medida es la temperatura en la unidad kelvin. La cantidad medida es 3 ( hay 3 veces un kelvin). Se ha medido con termómetro.
Superficie
Superficie. Espacio bidimensional que ocupa un cuerpo.
Tipo de unidad: derivada.
Unidad SI: metro cuadrado (m²).
Medida: superficie =longitud1 x longitud2.
Otras unidades: área, acre, milla cuadrada, rood...
Ejemplo: 2m². La magnitud media es la superficie en la unidad del metro cuadrado. La cantidad medida es 2 ( hay 2 veces un metro cuadrado). Se ha medido con una fórmula ( largo por ancho).
Volumen
Volumen. Espacio tridimensional que ocupa un cuerpo.
Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: metro cúbico (m³).
Medida: volumen = longitud1 x longitud2 x longitud3. Pobreta, pipeta, bureta, matraz, aforado...
Otras unidades: litros, barril, pinta, galón, gota, taza...
Ejemplo: 3 m³. La magnitud medida es el volumen en la unidad metro cúbico. La cantidad medida es 3 ( hay 3 veces un metro cúbico).
Se ha medido con una fórmula ( largo por ancho y por alto).
Densidad
Densidad: Relación entre la masa que tiene un cuerpo y el espacio que ocupa.
Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: kilogramo/metro cúbico (kg/m³)
Medida: densidad = masa/volumen. Densímetro, picnómetro, balanza hidrontática...
Otras unidades: gramos por mililitro, onza por pulgada cúbica, slung por pie cúbico, libra por galón...
Ejemplo: 6kg/m³. La magnitud medida es la densidad en la unidad kilogramo por metro cúbico. La cantidad medida es 6 (hay 2 veces un kilogramo en un metro cúbico). Se ha medido con un decímetro.
Recuerda lo más importante
La materia y su composición
-Materia es todo lo que existe, tiene masa y volumen.
-Todos los cuerpos materiales están formados por unas partículas llamadas átomos.
-Los átomos dependiendo de su naturaleza pueden unirse entre sí formando enlaces.
-La temperatura está directamente relacionada con la energía que tienen los átomos o partículas que componen los cuerpos.
-Que los átomos estén unidos entre sí depende del tipo de átomos y de la temperatura.
Propiedades de la materia
-La masa de un cuerpo mide la cantidad de átomos o partículas que contiene.
-Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo.
-A la división entre la masa y el volumen de un cuerpo se le llama densidad. d= m/v
-En el espacio que conocemos hay tres dimensiones: ancho largo y alto.
-Los espacios con 3 dimensiones se llaman tridimensionales, en los que predominan 2, bidimensionales, en los que predenomina 1, unidimensionales.
Estados de la materia
-Las partículas de los gases se atraen muy poco entre sí y están separadas.
-Las partículas de los sólidos se atraen con mucha fuerza entre sí y están fuertemente unidas.
-Las partículas de los líquidos se atraen con fuerza intermedia entre sí y las partículas están unidas pero se mueven o se deslizan unas con respecto de otras.
-El estado de una sustancia depende de dos factores: naturaleza de la sustancia y temperatura.
Medida y materia
-Una magnitud es cualquier propiedad que se puede medir. Medir es comparar dos magnitudes y la cantidad que se toma como referencia para compararlas es la unidad de medida.
-El Sistema Internacional (SI) es el organismo encargado de estudiar, establecer y clasificar, las magnitudes y unidades...
-Las magnitudes se clasifican en fundamentales y derivadas. Las derivadas utilizan a los fundamentales.
-Ejemplos de magnitudes fundamentales son: masa, longitud, tiempo y temperatura. Ejemplos de magnitudes derivadas son: superficie, volumen y densidad.
El átomo
Historia: modelos atómicos
Desde la Antiguedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba echa la materia.
Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo qriego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quieres decir "indivisibles". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.
Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.
Año
|
Científico
|
Descubrimientos
experimentales
|
Modelo atómico
|
1808
|
 John Dalton |
Durante el s. XVIII y principios del
XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciónes químicas,
obteniendo las llamadas leyes clásicas
de la Química.
|
La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para
explicar estas leyes, es la del minúsculas partículas esféricas indivisibles
e inmutables, iguales entre sí en cada
elemento químico.
|
 J.J Thomson |
Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electronos.
|
||
 E |
(Modelo atómico de Rutherford.)
|
||
 |
Estructura del átomo
En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.
- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras.
Los neutrones: La masa de un protón es aproximada mente igual a la de un neutrón.
Todos los átomos de un elemento químico tienen el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
-La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa.
Éstos, ordenados en distintos niveles, giran al rededor del núcleo. La masa de un electrón es es unas 2000 veces menor que la de un protón.
Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.
Isótopos
La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se reprensenta con la letra A.
Aun que todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones.
Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico.
Para representar un isótopo, hay que indicar el número másico ( A ) propio del isótopo y el número atómico (Z), colocados como índice y subíndice, respectiva mente, a la izquierda del símbolo del elemento.
LA MATERIA
Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La materia tiene serie de propiedades, algunas comunes a todo tipo de materia, otras en cambio específicas para cada materia.
1.- Propiedades de la materia
1.1.- La masa
Es la cantidad de materia de un cuerpo. En el sistema internacional, las unidades de masa es el kilogramo. Además, se utilizan habitualmente otros múltiplos y submúltiplos:
1 kilogramo (kg) =1000 gramos (103 g)
1 miligramo (mg) = una milésima de un gramo (g)
Hablando con propiedad, hay que distinguir entre masa y peso. Masa es una medida de cantidad de materia de un objeto; peso es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre el sobre el objeto.
1.2.- El volumen
Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.
El volumen es una magnitud física derivada (longitud al cubo). La unidad para medir volúmenes en el Sistema Internacional es el metro cúbico (mᶟ ) que corresponde al espacio que hay en el interior de un cubo de 1m de lado. Sin embargo, se utilizan más sus submúltiplos, el decímetro cúbico (dmᶟ )y el centímentro cúbico (cmᶟ ). Sus equivalencias en el metro cúbico son:
1mᶟ =1000 dmᶟ
1mᶟ = 1 000 000 cmᶟ
Para medir el volumen de los líquidos y los gases también podemos fijarnos en la capacidad recipiente que los contiene, utilizando las unidades de capacidad, especialmente el litro ( l ) el mililitro (ml). Existen unas equivalencias entre las unidades de volumen y la capacidad:
1 l = dmᶟ 1 ml = 1 cmᶟ
1.3.- La dencidad
La densidad de una sustancia es el cociente entre la masa y el volumen, o sea, la cantidad de materia que hay en un espacio determinado:
Densidad = Masa/Volumen d=m/v
La masa y el volumen son propiedades generales o extensivas de la materia, es decir son comunes a todos los cuerpos materiales y además de la cantidad o extensión del cuerpo. En cambio la densidad es una propiedad característica, ya que nos permite identificar distintas sustancias. Por ejemplo, muestras de cobre de diferentes pesos 1,00 g, 10,5 g, 264 g,...todas tienen la misma densidad, 8,96 g/cmᶟ .
Cada tipo de sustancia pura tiene su valor determinado de densidad, característica de esa sustancia. En la siguiente tabla tienes algunos ejemplos:
Sustancia
|
Densidad en kg/mᶟ
|
Densidada en 9/cmᶟ
|
Agua
|
1 000
|
1
|
Aceite
|
920
|
0,92
|
Gasolina
|
680
|
0,68
|
Plomo
|
11300
|
11,3
|
Acero
|
7800
|
7,8
|
Mercurio
|
13600
|
13,6
|
Madera
|
900
|
0,9
|
Aire
|
1,3
|
0,0013
|
Butano
|
2,6
|
0,026
|
Dioxido de carbono
|
1,8
|
0,018
|
La densidad se puede calcular de forma directa midiendo, independientemente, la masa y el volumen de una muestra.
1.4.- La Temperatura
Es una medida de la densidad de calor. Aunque tengan una estrecha relación, no debemos confundir la temperatura con el calor.
Cuando dos cuerpos , que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce una transformación de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre asta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos a otros.
En el Sistema Internacional la unidad de temperatura es el grado kelvin.
Actualmente se utilizan tres escalas para medir la temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Kelvin de uso científico.
Nombre
|
Símbolo
|
Temperatura
de referencia |
Equivalencia
|
Escala Celsius |
ºC |
Puntos de congelación (0ºC) y
ebullición del agua (100ºC) |
|
Escala Fahrenhit
|
ºF |
Punto de congelación de una mezcla anticongelante de agua y sal y temperatura del cuerpo humano.
|
ºF = 1,8 ºC + 32
|
Escala Kelvin
|
k |
Cero absoluto (temperatura más baja posible) y puntos de congelación (273 ºC) y ebullición (373 ºC) del agua.
|
K = ºC+ 273 |
 |
| Añadir leyenda |
El punto 0 de la escala kelvin es el estado donde las partículas no tienen agitación térmica ( 0 absoluta, temperatura mínima), y a partir de ahí cada grado tiene el mismo tamaño que en la escala Celsius. El hielo se funde a 273 k y el agua ebulle a 373k.
2.- Clasificación de la materia
La materia puede clasificarse en dos categorías principales:
. Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y único conjunto de propiedades.
. Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras.
Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:
- Los elementos son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias.
- Los compuestos, en cambio, sí pueden descomponerse en otras sustancias mediante reacciones químicas.
- Las mezclas homogéneas tienen el mismo aspecto y propiedades en toda su extensión, aunque esas propiedades son variables dependiendo de la proporción de cada componente en la mezcla.
- Las mezclas heterogéneas, en cambio, tienen distintas partes distinguibles con propiedades diferentes.
* Clasifica los siguientes sistemas materiales en la tabla qué tienes a continuación:
Agua marina, azufre, sal común, tableta de chocolate con leche, tableta de chocolate con almendras, amoniaco, jabón, oxígeno, aire, tablón de madera, agua destilada, vino, flúor, sopa de garbanzos, moneda de 20 céntimos.
