1.- LOS ESTADOS DE LA MATERÍA Y SUS PROPIEDADES

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1 1.- LOS ESTADOS DE LA MATERÍA Y SUS PROPIEDADES -LA CIENCIA A TRAVÉS DE LA HISTORIA 2.- LOS CAMBIOS DE ESTADO EN LA MATERIA 3.-ÁTOMOS Y MOLÉCULAS. ELEMENTOS Y COMPUESTOS 4.- SUSTANCIAS Y MEZCLAS -VOCABULARIO -LECTURA -ACTIVIDADES DE LA LECTURA Mª Carmen Magallón Lahoz

2 La materia se presenta en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. La materia tiene una propiedades generales que nos permite reconocerla : - Está formada por partículas - Tiene inercia y extensión - Tiene temperatura. La materia está formada por partículas muy pequeñas, en continuo movimiento y unidas entre sí por fuerzas de interacción eléctricas. La ordenación de estas partículas en las sustancias y la fuerza con que se atraen son diferentes para cada uno de los estados en que puede encontrarse la materia.

3 Un cuerpo sólido, uno de los tres estados de agregación de la materia, se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Manteniendo constante la presión a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

4 Los sólidos presentan propiedades específicas: Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad. Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo). Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un sólido con dureza elevada. Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas. Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante. Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más pesados Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del liquido en el cual se coloca. Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo. Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas. Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas. Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos

5 El líquido es uno de los tres estados de agregación de la materia. Un líquido es un fluido cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión constantes y su forma es esférica. Sin embargo, debido a la gravedad ésta queda definida por su contenedor. Un líquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos los lados. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce esta dada por: Donde ρ es la densidad del líquido y z es la distancia del punto debajo de la superficie. Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando se enfrían. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad. Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen. Cuando un líquido sobrepasa su punto de ebullición cambia su estado a gaseoso, y cuando alcanza su punto de congelación cambia a sólido. Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre sí al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición. La cohesión entre las moléculas de un líquido no es lo suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar.

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7 Viscosidad Los líquidos se caracterizan por una resistencia al flujo llamada viscosidad. La viscosidad de un líquido crece al aumentar el número de moles y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad también está relacionada con la complejidad de las moléculas que constituyen el líquido: es baja en los gases inertes licuados y alta en los aceites pesados. Es una propiedad característica de todo fluido (líquidos o gases). La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Ductilidad La ductilidad es una característica de los líquidos y/o gases que les confiere la habilidad de poder pasar por cualquier orificio o agujero por mas pequeño que sea siempre que esté a un mismo o inferior nivel del recipiente en el que se encuentren (el líquido y el gas), a diferencia del restante estado de agregación conocido como sólido. Presión de vapor y otros parámetros Presión de un vapor en equilibrio con su forma líquida, la llamada presión de vapor, sólo depende de la temperatura; su valor a una temperatura dada es una propiedad característica de cada líquido. También lo son el punto de ebullición, el punto de solidificación y el calor de vaporización (esencialmente, el calor necesario para transformar en vapor una determinada cantidad de líquido). En ciertas condiciones, un líquido puede calentarse por encima de su punto de ebullición; los líquidos en ese estado se denominan supercalentados. También es posible enfriar un líquido por debajo de su punto de congelación y entonces se denomina líquido superenfriado

8 Las sustancias en estado sólido presentan las siguientes características: Forma y volumen definidos Cohesión (atracción) Vibración Rigidez Incompresibilidad (no pueden comprimirse) Resistencia a la fragmentación Fluidez muy baja o nula Algunos de ellos se subliman (yodo) El estado líquido presenta las siguientes características: Cohesión menor (regular) Movimiento energía cinética. No poseen forma definida. Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el frío se comprime, excepto el agua. Posee fluidez a través de pequeños orificios. Puede presentar difusión. No tienen forma fija pero si volumen. la variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Los átomos o moléculas del gas se dispersan Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor. Las moléculas que lo componen se mueven con libertad. Ejercen movimiento ultra dinámico.

9 Estado sólido Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas. En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido. Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las tí l Estado líquido Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas. Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad. En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía). Estado gaseoso. Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos. En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño. Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido. Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión:

10 Los átomos de Demócrito.-Nació hacia el año 470 a. C. en la ciudad griega de Abdera. Leucipo, maestro de Demócrito, había intuido que esa escisión tenía un límite. Demócrito hizo suya esta idea y anunció finalmente su convicción de que cualquier sustancia podía dividirse hasta allí y no más. El trozo más pequeño o partícula de cualquier clase de sustancia era indivisible, y a esa partícula mínima la llamó átomos, que en griego quiere decir «indivisible». Según Demócrito, el universo estaba constituido por esas partículas diminutas e indivisibles. En el universo no había otra cosa que partículas y espacio vacío entre ellas. Según él, había distintos tipos de partículas que, al combinarse en diferentes ordenaciones, formaban las diversas sustancias. Si la sustancia hierro se aherrumbraba, es decir, se convertía en la sustancia herrumbre, era porque las distintas clases de partículas que había en el hierro se reordenaban. Si el mineral se convertía en cobre, otro tanto de lo mismo; e igual para la madera al arder y convertirse en ceniza.

11 Aristóteles ( a.c), hombre prominente de su tiempo concedió su favor a la teoría de Empedocles y la perfecciono, afirmando que cada uno de los 4 elementos posee 2 de las siguientes características, seco, húmedo, frío, caliente, entonces la tierra es fría y seca, el agua fría y húmeda, el aire húmedo y caliente, el fuego caliente y seco, el aire se opone a la tierra y el fuego al agua, además ninguno de ellos es inmutable sino que al adquirir otras características pueden cambiar.

12 Aristóteles fue un gran filósofo griego nacido en Estágira, en el año 384 a.j.c. y muerto en Calcis en el año 322a.J.C. Aristóteles fue el más grande pensador griego e incansable escritor cuya autoridad hizo que perdurara durante unos dos mil años. Era hijo de un médico de la casa real. A los 17 años abandona Macedonia y se dirige hacia Atenas, donde reside en la Academia durante unos 20 años. En esa academia, termina siendo el discípulo del gran filósofo Platón. Fue un firme defensor de la Teoría de los Cuatro Elementos (Fig. 1). Esta teoría fue formulada por 4 importantes filósofos. Estos fueron: Tales, Anaxímenes, Heráclito, y más tarde, Empédocles.

13 Teoría de los 4 elementos Este dibujo representa la "Teoría de la existenciade un principio permanente origen de todo", más conocida como la "Teoría de los 4 elementos".esta teoría fue formulada por 4 de los más famosos filósofos de la Antigua Grecia: Tales, Anaxímenes, Heráclito, y más tarde Empédocles. Cada uno de estos filósofos elemento el cual ellos pensaban, era el principio de todo. Dichos 4 elementos aparecen simbolizados en la teoría: Agua, Aire, Fuego y Tierra. Años más tarde esta teoría es aprobada por otro de los grandes filósofos de la Cultura Clásica: Aristóteles.

14 Los átomos de Demócrito dan estabilidad inmutable al mundo, por encima de sus entrecruzamientos, mezclas y danzas; la sustancia aristotélica puede cambiar continuamente, deshacerse y rehacerse, transformarse, perecer y nacer. Nada hay estable, aunque haya cambios más importantes (sustanciales) y cambios menos trascendentales (accidentales).

15 La materia está formada por partículas entre ellas está el vacio. Las partículas que forman una sustancia son iguales entre sí y diferentes de las de otras sustancias. Todas las partículas se atraen entre sí. Las partículas se encuentran en continuo movimiento.

16 La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Como lo que medimos en sus movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, apesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que el cazo.

17 Cambios de estado Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias. Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0 C a la presión atmosférica normal. Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 C a la presión atmosférica normal.

18 El átomo es la menor fracción en que puede dividirse un elemento simple sin que pierda sus propiedades químicas y pudiendo ser objeto de una reacción química. Está formado por un conjunto de nucleones (protones y neutrones), situados en el núcleo, que concentra la casi totalidad de la masa atómica y a cuyo alrededor gira, en distintos orbitales, un número de electrones igual al de protones Según el modelo atómico actual, el átomo se encuentra dividido en dos partes: Núcleo. Parte más interna del átomo en donde se encuentran los protones (de carga positiva) y los neutrones (que no tienen carga). Ambos tienen masas similares y aportan prácticamente la totalidad de la masa del átomo. Corteza. Parte más externa del átomo donde se encuentra los electrones (de carga negativa). Tienen una masa 2000 veces menor que la de los protones o los neutrones. Están distribuidos en distintos niveles energéticos en lo que llamamos orbitales. El número atómico Z es el número de protones que posee el núcleo de un átomo. Es lo que distingue a un elemento de otro. El número másico A es el resultado de la suma de los protones y los neutrones que tiene un átomo.

19 Partícula formada por una agrupación ordenada y definida de átomos, que constituye la menor porción de un compuesto químico que puede existir en libertad. Las moléculas sólo se hallan perfectamente individualizadas en los gases en estado de movimiento rectilíneo desordenado, en cuyo caso su interacción se limita a choques muy breves. En los líquidos, si bien las moléculas se desplazan libremente, existe un mayor contacto intermolecular. En los sólidos, las moléculas ocupan por lo general posiciones fijas en los nudos de redes cristalinas. Los agregados atómicos moleculares pueden ser polares o no polares. En el primer caso, las moléculas forman pequeños dipolos y es la atracción que se manifiesta entre éstos lo que causa la unión intermolecular. En las moléculas no polares, la unión es debida únicamente a las fuerzas de Van der Waals, que, por ser más débiles, corresponden a compuestos de bajo punto de fusión.

20 Todo lo que hay a nuestro alrededor está formado por grupos de átomos unidos que forman conjuntos llamados moléculas. Los átomos que se encuentra en una molécula se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones. Las moléculas están hechas de átomos de uno o más elementos. Algunas moléculas están hechas de un sólo tipo de átomo. Por ejemplo, dos átomos de oxígeno se unen para formar una molécula de O 2, la parte del aire que necesitamos para respirar y vivir. Otras moléculas son muy grandes y complejas. Por ejemplo, las moléculas de proteína contienen cientos de átomos. Aún las moléculas muy grandes son tan pequeñas que no seríamos capaces de ver a una molécula de una sustancia. Pero cuando cientos de moléculas se encuentran juntas, podrían estar en forma de un vaso de agua, el árbol de un bosque, la pantalla de la computadora; dependiendo del tipo de moléculas que sean. Aún cuando una pelota de fútbol esté inmóvil, las moléculas en ella se están moviendo constantemente. Quizás sean muy pequeñas para poder verlas, pero las moléculas están en constante movimiento, y se moverán más rapidamente a medida que la temperatura aumenta.