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Transcripción

1 Ciencias físicas Género Destreza de comprensión Características del texto Contenido de ciencias No ficción Predecir Leyendas Rótulos Diagramas Glosario Materia por Mary Miller Ciencias Scott Foresman 5.11 ì<(sk$m)=bhdedd< +^-Ä-U-Ä-U ISBN

2 Vocabulario átomo compuesto concentrado La materia y sus propiedades por Mary Miller diluido electrón elemento neutrón protón saturado Photographs: Every effort has been made to secure permission and provide appropriate credit for photographic material. The publisher deeply regrets any omission and pledges to correct errors called to its attention in subsequent editions. Unless otherwise acknowledged, all photographs are the property of Scott Foresman, a division of Pearson Education. Photo locators denoted as follows: Top (T), Center (C), Bottom (B), Left (L), Right (R) Background (Bkgd) Title Page: DK Images; 2 Courtesy of Stanford Linear Accelerator Center; 9 Herald Sund/Getty Images; 13 Spencer James/Getty Images, (C) Charles D. Winters; 14 (TR, CR) DK Images; 15(TR, CR) DK Images, (CR) Richard Megna/Fundamental Photographs; 16 Tom Schierlitz/Getty Images; 18 Paul Seheult/Eye Ubiquitous/Corbis; 19 Getty Images 23 DK Images ISBN: Copyright Pearson Education, Inc. All Rights Reserved. Printed in the United States of America. This publication is protected by Copyright and permission should be obtained from the publisher prior to any prohibited reproduction, storage in a retrieval system, or transmission in any form by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or likewise. For information regarding permissions, write to: Permissions Department, Scott Foresman, 1900 East Lake Avenue, Glenview, Illinois V

3 Cuáles son las propiedades de la materia? Elementos Un elemento es un componente básico de la materia. Existen más de cien tipos básicos de elementos. Los elementos se combinan para formar todos los demás tipos de materia. No se pueden dividir en partes más pequeñas. Sólo algunos elementos se encuentran en su forma pura en la naturaleza. Un elemento que se encuentra en su forma pura es el oro. La mayoría de la materia que nos rodea está hecha de elementos combinados. Por ejemplo, el óxido se forma cuando el hierro se combina con el oxígeno. Los seres vivos y las cosas sin vida están hechos de unos pocos elementos. Estos elementos se combinan de diversas maneras. Puedes identificar un elemento gracias a sus propiedades químicas y físicas. Las propiedades químicas nos indican cómo un material se convierte en otro. Las propiedades físicas se pueden medir sin alterar el material. Las propiedades físicas incluyen el color, el olor, la textura y la dureza de un objeto. La masa y el volumen también son propiedades físicas. Cada elemento tiene un conjunto individual de propiedades. Cuando anotas las propiedades físicas de un objeto no lo estás cambiando. Cuando registras su color, no haces nada que lo pueda cambiar. Puedes observar, describir y medir las propiedades físicas con reglas, microscopios y termómetros. Las balanzas y las pesas también se pueden usar. Más de 3 4 de los elementos son metales. Los metales tienen las siguientes propiedades físicas: son brillosos, lisos, flexibles y buenos conductores de la energía calorífica y la electricidad. Este instrumento hace chocar unas partículas contra otras para formar nuevos tipos de materia. 2 3

4 Peso, masa y volumen El peso es una medida de la atracción que ejerce la gravedad sobre un objeto. El peso se mide con pesa de resorte. Mientras más se mueven los resortes, más pesa el objeto. Algunos objetos son demasiado grandes para ponerlos en una pesa. En estos casos se pesan las partes del objeto y el peso de las partes se suman. El peso cambia cuando cambia la fuerza de gravedad. La gravedad no es la misma en todo el planeta. Por ejemplo, la fuerza de gravedad en la cima de una montaña es menor que al nivel del mar. Los objetos pesan menos cuando se encuentran más lejos de la superficie de la Tierra. La masa es la cantidad de materia en un objeto. La masa y el peso no son lo mismo, aunque la masa de un objeto afecta su peso. Si la gravedad es más débil, el peso de un objeto es menor. Pero su masa siempre es igual. Para medir la masa se usa una balanza. Las unidades que se usan son los gramos, miligramos o kilogramos. Para hallar la masa el objeto que se desea medir se pone de un lado de la balanza. Del otro lado se colocan objetos de masa conocida hasta que los lados se equilibren. En la imagen, el carro de juguete está balanceado con ocho cubos de una masa de un gramo cada uno. Esto nos dice que su masa es de ocho gramos. El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un objeto. Para medir el volumen se usan unidades cúbicas. Para calcular el volumen de una caja se mide su longitud, su anchura y su altura. Luego se multiplican las tres medidas. Puedes escribir una fórmula en la que uses V para el volumen, L para la longitud, A para el ancho y H para la altura. La fórmula para calcular el volumen de una caja es V L A H. Como se necesitan ocho gramos de masa para balancear el carro, sabes que su masa es de ocho gramos. 4 5

5 Un cilindro graduado se usa para encontrar el volumen de un líquido. También se puede usar para encontrar el volumen de un objeto que no se puede medir fácilmente con una regla. El objeto debe ser lo suficientemente pequeño para caber en el cilindro y se debe hundir en el agua. Llena el cilindro con agua hasta la mitad. Mide el nivel del líquido. Pon el objeto en el cilindro y lee el nuevo nivel del líquido. Resta el volumen del agua sola al volumen del agua con el objeto. La diferencia entre ambos volúmenes es el volumen del objeto. Propiedades de los objetos y los materiales Hay una diferencia entre las propiedades de un objeto y las de un material. Por ejemplo, una de las propiedades que una barra de oro puede tener es una forma rectangular. La barra tiene un cierto tamaño y masa. Si cortas la barra, algunas de sus propiedades físicas como objeto van a cambiar. Las propiedades de un material no cambian. La barra de oro se puede doblar, cortar o aplastar, pero las propiedades del oro se mantienen iguales. La forma del oro no cambia su densidad. Aunque cortes la barra de oro en pedacitos, un imán no podrá atraer las piezas. Su color, dureza y textura tampoco cambiarán. Éstas son propiedades del oro, no de la barra de oro cm 0.6 cm 7.2 cm Esta barra de oro tiene una masa de unos 1,025 gramos. Puedes encontrar su volumen si multiplicas la longitud por el ancho por la altura. 6 7

6 Densidad y flotabilidad La densidad es la cantidad de materia en un volumen determinado. Divide la masa (m) de un objeto entre su volumen (V) para hallar su densidad (D). Para calcular la densidad de un auto de juguete con una masa de 8 gramos y un volumen de 5 centímetros cúbicos, divide 8 entre 5. La densidad es de 1.6 gramos por centímetro cúbico. La densidad es una propiedad física de las sustancias. La densidad de un material no cambia con el tamaño del objeto. Por ejemplo, el hierro siempre tiene una densidad de unos 7.9 gramos por centímetro cúbico. Esta será la misma para un bloque enorme de hierro o para un pequeño pedazo. Esta propiedad se usa para identificar materiales. Los diferentes materiales normalmente tienen densidades distintas. Un objeto tiene flotabilidad si flota. La flotabilidad es una propiedad importante para algunos objetos, como barcos o globos. Es muy importante que los chalecos salvavidas sean flotantes para que las personas floten en el agua. La flotabilidad depende de la densidad de un objeto y de la densidad del líquido o gas a su alrededor. El agua dulce tiene una densidad de 1 gramo por mililitro. Los materiales que tienen una densidad menor, tales como el corcho, flotan en el agua. Los materiales con densidades mayores se hundirán. El agua de mar tiene sales y otras sustancias disueltas. Estos hacen que el agua de mar sea más densa que el agua dulce. Su densidad depende de la cantidad de sustancias disueltas que contenga. Masa y Volumen Aunque el hierro es más denso que el agua, se puede usar para construir barcos que floten. Esto se debe a que los barcos no son bloques macizos de metal. Tienen muchos compartimientos y pasillos. La mayor parte de su volumen está ocupada por aire. Debido a esa gran cantidad de aire, el barco tiene una masa menor de lo que tendría un bloque macizo de metal del mismo tamaño. Esto hace que la densidad de los barcos sea menor que la del agua. Esta pelota de plastilina y la pelota de béisbol tienen el mismo volumen, pero la pelota de plastilina tiene mayor masa. Por esta razón es más densa. 8 9

7 Cómo se combinan los átomos? Átomos Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que tiene todas la propiedades del elemento. Los átomos de un elemento son distintos a los de los demás. Las propiedades de los átomos determinan las propiedades del elemento. También determinan la manera como un elemento se combina con otros. Los átomos son muy pequeños y no se pueden ver, ni siquiera con un microscopio. El centro de un átomo se llama núcleo. Por lo general tiene tanto neutrones como protones. Un neutrón no tiene carga eléctrica. Un protón tiene carga positiva. Los átomos se identifican de acuerdo al número de protones que contienen. Sólo los átomos de carbono tienen seis protones. Si un átomo tiene seis protones, debe ser un átomo de carbono. Los electrones se mueven alrededor de los protones y los neutrones. Un electrón tiene carga negativa. Los electrones entran y salen de los átomos. También pueden ser compartidos por los átomos. Los elementos se organizan en una tabla llamada tabla periódica de los elementos. Los elementos se ordenan en filas, dependiendo del número de protones. Cada columna de la tabla contiene elementos con propiedades químicas semejantes. Por ejemplo, en la última columna de la derecha están los elementos conocidos como gases nobles. Todos estos elementos son gases a temperatura ambiente y no suelen combinarse con otros elementos. A cada elemento le corresponde un símbolo. Está formado por una, dos o tres letras. Sólo la primera letra del símbolo está en mayúscula. Por ejemplo, el símbolo del calcio es Ca

8 Compuestos Un compuesto es un tipo de materia. Es una combinación de elementos. Los átomos de estos elementos están unidos en una molécula. Las propiedades de los compuestos son distintas a las de los elementos que los forman. El azúcar tiene la propiedad de ser un sólido dulce y blanco. El azúcar está formada de átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. A temperatura ambiente, el hidrógeno y el oxígeno son gases invisibles. Los átomos puros de carbono forman carbón negro. Individualmente, estos elementos no se parecen en nada al azúcar. El azúcar es un compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno. Moléculas La mayoría de las sustancias están formadas por muchos elementos. Una molécula es la partícula más pequeña de una sustancia, que mantiene las propiedades de la sustancia. Los átomos de algunas moléculas comparten electrones. Algunos electrones no giran alrededor de un solo átomo. Giran alrededor de dos átomos o más y los mantienen unidos. Cada molécula de un compuesto tiene los mismos elementos y el mismo número de átomos. Por ejemplo, cada molécula de agua tiene los mismos tres átomos. Cada compuesto tiene un nombre y una fórmula. La fórmula es algo así como su receta. El agua tiene la fórmula H 2 O. El 2 después de la H indica que hay dos átomos de hidrógeno. La O representa el oxígeno. No le sigue ningún número, lo que significa que hay sólo un átomo de oxígeno en la molécula del agua. H O H 12 13

9 Sales Algunos compuestos no se forman compartiendo electrones. Las partículas de las sales se mantienen unidas gracias a las cargas opuestas. Estas partículas pueden ser átomos o grupos de átomos con carga eléctrica. Las partículas que tienen más electrones que protones tienen carga negativa. Las que tienen menos electrones que protones tienen carga positiva. Hay muchos tipos de sales. Todas tienen por lo menos un elemento metálico. Cada sal también tiene un elemento no metálico. Todas las sales pueden formar cristales. Los cristales se forman cuando las partículas cargadas forman un patrón geométrico regular. Los cristales de sal son quebradizos. La mayoría de las sales se funden sólo a temperaturas muy altas. La sal de mesa es cloruro de sodio. Sus cristales parecen cubos. El cobre forma una sal verde cuando se mezcla con cloro y agua. Las propiedades de las sales son diferentes de las propiedades de los elementos que las forman. Por ejemplo, la sal de mesa que echas a la comida está formada por sodio y cloro. Individualmente, el sodio y el cloro pueden ser muy peligrosos. El sodio puro es un metal blando y plateado. Sumergir sodio en agua puede causar una explosión. El cloro puro es un gas amarillo venenoso. Pero juntos forman una sal que es comestible. El cobre puro es un metal marrón dorado. 14 El cobre forma una sal azul cuando se mezcla son azufre y oxígeno. 15

10 Cómo cambia de fase la materia? Sólidos y líquidos El agua tiene tres formas: sólida, líquida y gaseosa. Estas tres formas se llaman fases o estados de la materia. La fase de cualquier material se debe al movimiento y la disposición de sus partículas. El estado en el que se encuentra un material a temperatura ambiente es una propiedad física. Las partículas en un sólido se encuentran muy juntas y vibran en sus posiciones fijas. Las fuerzas entre las partículas les impiden moverse. Los sólidos tienen forma y volumen fijos. A medida que un sólido se calienta, se derrite y se convierte en un líquido. Las partículas ahora pueden moverse. Por esta razón es que un líquido toma la forma del recipiente donde se le ponga. Al igual que los sólidos, los líquidos tienen un volumen que no cambia. Las partículas se mueven, pero siguen estando bastante juntas. Cuando un líquido se enfría lo suficiente, se congela. Sus partículas se mueven más despacio y vibran en su lugar. Un material se congela a la misma temperatura a la que se derrite. Esta temperatura se llama punto de congelación o de fusión. El agua se congela cuando su temperatura baja a 0 C. El hielo se derrite cuando su temperatura sube a más de 0 C. El punto de congelación es diferente para cada sustancia. El punto de congelación de un material es una propiedad física. Siempre es el mismo para un material. Pero si se le agrega algo al líquido, su punto de congelación puede cambiar. Por ejemplo, si se le añade sal al agua, su punto de congelación baja. Los materiales cambian de tamaño cuando cambian de temperatura. El material no se crea ni se destruye cuando esto sucede. Mientras más se calienta un material, más rápido se mueven sus partículas, Las partículas que se mueven con rapidez tienen más espacio entre ellas y esto aumenta un poco el tamaño del material. Cuando se enfría, sus partículas se mueven más lentamente. Hay menos espacio entre ellas y el material se achica. Material Punto de congelación o de fusión Oxígeno 218 ºC Nitrógeno 210 C Mercurio 39 C Agua dulce 0 C Azúcar 185 C (sacarosa) Plomo 327 C Aluminio 660 C Oro 1,063 C Hierro 1,453 C Níquel 1,535 C 16 17

11 Gases Las partículas de un gas están más separadas que las partículas de los sólidos o de los líquidos. Las partículas no influyen las unas sobre otras a menos que choquen. Los gases no tienen forma ni volumen definidos. Cuando un gas se pone en un recipiente, sus partículas se reparten uniformemente en él. La evaporación sucede cuando las partículas de un líquido de separan de él y se convierten en gas. Esto sucede cuando las partículas en la superficie del líquido se mueven rápidemente hacia arriba. Si la temperatura es lo suficientemente alta, las partículas en el resto del líquido también se van a evaporar. A medida que las partículas se mueven hacia arriba, forman burbujas. La temperatura a la que esto sucede se llama punto de ebullición. El punto de ebullición es una propiedad física de los líquidos. El punto de ebullición del líquido será siempre el mismo sin importar cuanto líquido se caliente. Cada líquido tiene un punto de ebullición diferente. Cuando el agua hierve, el líquido se transforma en gas en la superficie y debajo de ella. Cuando la ropa se seca, el agua que hay en ella se evapora Un gas ocupa más espacio que el líquido del que se evaporó. Esto no significa que haya más materia en el gas. Se debe a que las partículas del gas están más separadas que las del líquido. La condensación es lo opuesto a la evaporación. En la condensación, un gas se convierte en líquido. La condensación a menudo sucede cuando las partículas de un gas tocan una superficie fría. Pierden velocidad y se enfrían. Se ven atrapadas por las fuerzas de la superficie fría. A medida que más partículas de gas quedan atrapadas, se forma una gota de líquido. El rocío en la grama se forma por condensación

12 Qué son las mezclas y las soluciones? Mezclas En una mezcla se juntan diferentes materiales. Los materiales no se unen como en los compuestos. Los distintos materiales mantienen sus propiedades específicas. Por ejemplo, la sal y la pimienta se pueden mezclar, pero ninguna cambia su sabor o su color. Después de combinarse, los materiales en una mezcla simple se pueden separar. Esto se debe a que tienen diferentes propiedades. Si se mezcla arena con limaduras de hierro, un imán sacaría el hierro de la mezcla. El hierro tiene la propiedad del magnetismo y la arena no la tiene. Separación de una mezcla Una mezcla de sal y pimienta se puede separar si se toman en cuenta las diferentes propiedades de los dos materiales. La sal se disuelve en agua. La pimienta no, y flota en la superficie. 1. La mezcla de sal, pimienta y agua se vierte en un filtro. La pimienta no puede atravesar el papel de filtro. Algunos metales son elementos, pero muchos otros son mezclas de elementos. Por ejemplo, el latón es una mezcla de cobre y zinc. Estas mezclas se llaman aleaciones. Las propiedades de las aleaciónes son distintas a las propiedades de los metales originales. 2. La sal y el agua pasan por el papel de filtro. 3. El agua se puede evaporar y sólo queda la sal en el recipiente

13 Soluciones Si mezclas agua y tierra, la tierra se asienta lentamente en el fondo. Pero si añades azúcar al agua, el azúcar se disolverá por completo. El agua y el azúcar forman una solución. Una solución es un tipo de mezcla. En una solución los materiales se dispersan de manera uniforme. Las partículas no se asientan en el fondo. La sustancia que se disuelve se llama soluto. La sustancia donde se disuelve el soluto se llama solvente. En una solución de agua y azúcar el soluto es el azúcar y el solvente es el agua. Al agua se le conoce como el solvente universal, ya que actua como solvente en muchas soluciones distintas. Cuando un soluto se disuelve, sus partículas se separan. Estas partículas se dispersan por todo el solvente. Los sólidos se disuelven más rápidamente si el líquido se calienta o se agita. Una solución puede estar formada por dos líquidos. También puede ser gas disuelto en un líquido. El agua de un lago contiene oxígeno y dióxido de carbono disueltos. La solubilidad es la cantidad de una sustancia que se puede disolver en un solvente a una temperatura específica. Cuanto más caliente esté la solución, más soluto se disuelve. Una solución saturada contiene todo el soluto que un solvente disuelve sin cambiar su temperatura. Se puede añadir más soluto, pero no se disolverá. Una solución concentrada es una solución casi saturada. Una solución diluida tiene poca cantidad de soluto. Algunos materiales no se disuelven en algunos líquidos. La sal, por ejemplo, no se disuelve en el aceite. Una solución concentrada tiene una gran cantidad de soluto en comparación con la cantidad de solvente. Una solución diluida tiene poco soluto en comparación con lo que se podría disolver. Si añades más soluto a una solución saturada el exceso se depositará en el fondo

14 Glosario átomo compuesto parte más pequeña de un elemento, que tiene todas las propiedades del elemento materia formada por una combinación de elementos unidos por enlaces químicos que no se pueden romper por procesos físicos. concentrado estado en el que una solución tiene una gran cantidad de soluto en comparación con la cantidad de solvente diluido electrón elemento neutrón estado en el que una solución tiene poco soluto en comparación con lo que se podría disolver partícula de un átomo con carga negativa, que se mueve alrededor del núcleo componente básico de la materia que no se puede descomponer en materiales más sencillos partícula del núcleo de un átomo que no tiene carga eléctrica Qué aprendiste? 1. Cuál es la diferencia entre un átomo y una molécula? 2. Por qué los materiales aumentan un poco de tamaño cuando se calientan? 3. Si dos objetos tienen volúmenes iguales pero uno tiene más masa cuál de ellos tiene más densidad? 4. Existe una diferencia entre las propiedades de un objeto y las propiedades del material del que está hecho. Describe en una hoja aparte cómo se pueden cambiar las propiedades del objeto sin cambiar las propiedades de su material. Da ejemplos del libro que apoyen tu respuesta. 5. Predecir Imagina que tienes una mezcla de agua y arena. Predice lo que pasaría si la mezcla se calentara en una hornilla. protón saturado partícula del núcleo de un átomo con carga positiva estado en el que un solvente contiene todo el soluto que se puede disolver en él sin cambiar la temperatura 24