U.D. 2 LA MATERIA. Para describir un cuerpo o un sistema material, necesitamos conocer sus propiedades. Así, distinguimos entre:
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- Martín Fernando Maidana Montero
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1 U.D. 2 LA MATERIA 1. Propiedades de la materia La materia, o sistema material, es todo lo que posee una propiedad fundamental llamada masa, y que ocupa un espacio, es decir, un volumen. Para describir un cuerpo o un sistema material, necesitamos conocer sus propiedades. Así, distinguimos entre: Propiedades generales. Son las propiedades que nos sirven para di-ferenciar lo que es materia de lo que no lo es, pero no nos permiten diferenciar unos materiales de otros. Algunas de ellas son la longitud, la masa, el volumen, la superficie y la temperatura. Propiedades características, o específicas. Son las propiedades que nos permiten diferenciar un tipo de materia de otro. Algunas de ellas son la densidad, las temperaturas de cambio de estado, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica, junto con otras muchas. 1.1 Algunas propiedades generales: la masa y el volumen La masa está relacionada con la cantidad de materia que posee un cuerpo o un sistema material. Se trata de una magnitud básica o fundamental. El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo o un sistema material. Volumen y capacidad En general, para medir el volumen de un fluido, es necesario introducirlo en un recipiente; el volumen que puede contener un recipiente es su capacidad, y su unidad es el litro, L.
2 Cómo llamamos a las propiedades que nos permiten diferenciar, por ejemplo, el agua del aceite? Indica algunas de ellas. 1.2 Una propiedad específica: la densidad La densidad es la relación entre la masa de un cuerpo, o sistema ma-terial, y el volumen que ocupa. Esta relación se escribe en lenguaje matemático mediante un cociente: D= m / V En la expresión anterior, m es la masa, que en unidades del Sistema Internacional se mide, en kg, y V es el volumen, expresado en m 3, por lo que d será, entonces, la densidad expresada en kg/m 3, que es la unidad del SI para esta magnitud.
3 Por qué las sartenes están hechas de metal, mientras que su mango suele ser de madera. Es la conductividad térmica una propiedad de la materia Podrías almacenar 8 kg de etanol en una garrafa de 7 L? Sobraría o faltaría etanol? Calcula cuánto sobrará o faltará. 2. Sustancias puras y mezclas Una sustancia pura es un po de materia que no puede descomponer-se en otras más simples por métodos $sicos. Una mezcla es un sistema material formado por varias sustancias puras, que podremos separar mediante métodos $sicos. Los métodos $sicos a los que nos referimos pueden ser un aumento de temperatura, un cambio de estado, la acción de una fuerza de giro o de la fuerza de la gravedad, entre otros. 2.1 Sustancias puras: simples y compuestos Existen dos tipos de sustancias puras: las sustancias simples (o elementales), y las sustancias que llamamos compuestos: Simples son las que no se descomponen en otras más sencillas que sean diferentes Compuestos son sustancias que se descomponen en otras diferentes mediante cambios químicos. El agua embotellada suele mostrar en su e queta información acerca de las sustancias presentes en ella. Podríamos decir que se trata de una sustancia pura? Argumenta tu respuesta. Es la leche una sustancia pura? Cómo podrías demostrarlo?
4 2.2 Mezclas heterogéneas Las sustancias que componen este tipo de mezclas se distinguen, a ve-ces, a simple vista. Sus propiedades físicas varían de una parte a otra, de ahí que sean heterogéneas. Existen mezclas heterogéneas en estado sólido (figura inferior), y también en estado líquido y gaseoso. Algunas de estas mezclas son las sus-pensiones, de las que hablaremos más adelante. 2.3 Mezclas homogéneas Este tipo de mezclas también se denominan disoluciones. A simple vista no podemos diferenciar entre una sustancia pura y una mezcla homogénea, ya que sus propiedades son iguales en todas sus partes. Las disoluciones pueden estar en estado sólido, líquido y gaseoso (recuadro inferior). Para saber si estamos ante una disolución o una sustancia pura, debemos provocar, de alguna manera, la separación entre las sustancias que forman la mezcla, o bien, conocer su composición de antemano. Para conseguir la separación de los componentes de la mezcla, suele provocarse el cambio de estado de uno de ellos, calentando la mezcla. 3. Disoluciones en estado líquido En todas las disoluciones distinguimos varios componentes: Disolvente. Es la sustancia que está en mayor proporción en una disolución. Si se trata de una disolución en la que está presente el agua, las llamadas disoluciones acuosas, consideraremos siempre que el disolvente es el agua, aunque se encuentre en menor proporción. Soluto. Es la sustancia que se disuelve en el disolvente. Normalmente se encuentra en menor proporción que el disolvente. Podemos tener más de un soluto en una disolución.
5 3.2 Concentración de una disolución La concentración de una disolución es la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de disolución. Disoluciones diluidas, concentradas y saturadas Si una disolución tiene una concentración mayor que otra, diremos que la primera es una disolución más concentrada que la segunda, que estará más diluida que la primera. Si una disolución tiene la máxima concentración posible y la adición de más soluto provoca que este ya no se disuelva, tendremos entonces una disolución saturada. Si añadimos más soluto a una disolución saturada, obtendremos un precipitado, que es soluto que no conseguimos disolver. La solubilidad es la concentración de la disolución saturada. Su valor depende del soluto, del disolvente y de la temperatura. El aire está formado, principalmente, por nitrógeno (en un 79 %), y el soluto de mayor pro-porción es el oxígeno. Tiene más solutos el aire?
6 4. Técnicas de separación de mezclas 4.1 Para mezclas heterogéneas 4.2 Para mezclas homogéneas
7 Indica cómo separarías una mezcla forma-da por sal, arena y agua. Ten en cuenta que puedes utilizar una combinación de técnicas de separación. Elabora una tabla en la que indiques las técnicas de separación que hemos visto, el tipo de mezcla que separan y la propiedad en la que están basadas. 5. Suspensiones y coloides 5.1 Suspensiones Aunque no se pueda distinguir a simple vista, se trata, en este caso, de una mezcla heterogénea que recibe el nombre de suspensión. Las suspensiones más habituales son de sólidos en gases o en líquidos. La sustancia en la que ocurre la dispersión se denomina fase dispersante y el sólido que está suspendido se conoce como fase dispersa 5.2 Coloides Una situación intermedia entre una disolución y una suspensión es un coloide. En este caso, las partículas no se depositan en el fondo con el transcurso del tiempo. Se trata de partículas con un tamaño inferior a 100 nm, que son muy difíciles de separar de la fase dispersante. Aunque se trata de una mezcla de aspecto homogéneo, un coloide no es una disolución. Qué técnica de separación utilizarías para separar los componentes de estas mezclas? Indica si se trata de disoluciones, suspensiones o coloides: a) Agua salada. b) Nube de polvo. c) Leche. d) Una muestra de sangre. e) Niebla. Clasifica los siguientes materiales como mezclas homogéneas, heterogéneas o coloides: a) Zumo hecho a partir de un polvo formado por frutas deshidratadas, denominado concentrado. b) Leche entera. c) Desodorante en espray. d) Infusión de manzanilla. e) Agua oxigenada.
8 TRABAJA TU MENTE Propiedades de la materia 1 Indica si las siguientes medidas son de masa, densidad o volumen, o ninguna de las anteriores: 3 kg, 4 cl, 27 m3, 3 g/l, 690 mm. 2 Tenemos una piscina portátil de 3 m3: a) Cuántas garrafas de 7 L de capacidad hacen falta para llenarla? b) Podríamos instalarla en una terraza que soporta una masa máxima de kg? Dato: densidad del agua = 1 kg/l. Sustancias puras y mezclas 3 Clasifica estos materiales según sean sustancias pu-ras, mezclas homogéneas o mezclas heterogéneas: aire, hierro, cuarzo y zumo de naranja. 4 Indica en qué se parecen y en qué se diferencian un elemento y un compuesto. Disoluciones 5 Preparamos en el laboratorio una disolución de alcohol (70 g) en 100 ml de agua. Si d alcohol = 789 kg/m3. a) Indica cuál es el soluto, y cuál el disolvente. b) Calcula la concentración de esta disolución, expresada en g/l. c) Si preparamos otra disolución pero utilizando, en este caso, 20 g de alcohol, será una disolución más concentrada o más diluida que la anterior? 6 La solubilidad de los gases disminuye al aumentar la temperatura. Utiliza esta evidencia para explicar por qué mueren peces por vertidos de aguas calientes. Técnicas de separación de mezclas 7 Diseña un método para separar una mezcla de aceite, vinagre y sal. Explica el material que utilizarías, las etapas que seguirías y el objetivo que tendría cada una de ellas. 8 En qué propiedad se basa la separación por decantación? Podríamos separar agua de sal median-te esta técnica? Explica tu respuesta.
2. Métodos de separación de los componentes de una mezcla.
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