1 er año Ciencias Naturales

Transcripción

1 1 er año La materia y sus propiedades Profesor: Marcelo Quiroz

2 Página1 Los materiales y sus propiedades La materia La amistad de tus compañeros, el color de los ojos o la simpatía de tu amigo son cosas inmateriales, que no puedes ver o tocar. Por otro lado estás rodeado de cosas que puedes ver: tus propios compañeros, las sillas y pupitres del aula, la pizarra, etc. Otras, aunque no puedas verlas, puedes oírlas, como los coches y motocicletas que pasan por la calle. Algunas, incluso sin verlas u oírlas, las sientes, como el aire. Todas las cosas que puedes ver, oír, tocar están formadas por materia. Podemos decir que materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. Algunas cosas son tan pequeñas que no podemos verlas sin la ayuda de un microscopio. Otras están tan lejos que necesitamos un telescopio para poder observarlas. Incluso existen cosas que no podemos percibir pero cuya existencia podemos deducir por los efectos que producen, como los planetas lejanos o los agujeros negros. Pero no por eso dejan de estar constituidas por materia. Toda la materia está formada por átomos y moléculas y, por tanto, tiene masa y volumen. Así, para saber si algo está constituido por materia, sólo debemos preguntamos si está formado por átomos y moléculas. La mayoría de las cosas materiales tienen una forma y unos límites definidos: la mesa en la que comes o escribes, la silla en la que te sientas, la sábana que te tapa por la noche. Son cuerpos. Un cuerpo es una porción de materia con una forma y unos límites perfectamente definidos. Otras cosas, por el contrario, no tienen forma ni límites precisos. El aire que respiras, el agua que forma los mares y océanos o la leche que contiene el vaso que desayunas no tienen unos limites precisos y, por tanto, no son cuerpos. Pero aunque no podamos definir unos límites precisos, siempre podemos aislar un trozo o una porción. Los sistemas materiales Se llama sistema material a una porción limitada de la realidad circundante - universo- que se separa, real o imaginariamente, para su estudio. Pueden ser ejemplos de sistemas materiales: para un físico nuclear dos protones que interactúan; para un astrónomo la vía láctea; para un químico una reacción que se realiza en un erlemneyer, etc. Aún cuando el sistema ha sido separado del universo (ambiente) que lo rodea, queda circundado por un medio. Cuando se estudia un sistema material dicho medio debe ser considerado. Por ejemplo: si se coloca un recipiente que contiene un gas en un baño con agua a temperatura constante (un termostato), el gas es el sistema que se está estudiando y el termostato el medio: los límites del sistema son las paredes del recipiente que contiene el gas. En función del pasaje de masa y energía entre el sistema y el medio, estos pueden clasificarse en: abierto, cerrado y aislado.

3 Página2 Sistema Abierto: hay transferencia de masa y energía entre el sistema y el medio o viceversa. En este sistema, la masa de agua recibe calor -energía térmica- procedente de su medio, simultáneamente parte de la masa de agua convertida en vapor pasa al medio. Sistema Cerrado: solamente hay intercambio de energía entre el sistema yel medio o viceversa.el agua que se calienta dentro de un erlemneyer tapado constituye un sistema cerrado. Hay transferencia de calor como en el caso anterior, pero como el vapor del agua no puede escapar, no hay transferencia de masa. Sistema Aislado: no hay pasaje de masa ni de energía del sistema al medio o viceversa. La materia, cuerpos y los materiales Vivimos en un sector del universo formado por materia: los seres vivos, una computadora, el agua, los alimentos, la ropa, el Sol, incluso el aire están constituidos por materia. Pero no toda la materia es igual, sino que puede formar diferentes materiales, Los materiales son los distintos tipos de materia que se puede encontrar, es decir de que estan hechos. Basta con observar a nuestro alrededor para descubrir infinidad de materiales: el plástico, el papel, el acero, la carne, el agua, el azúcar y el vidrio son solamente algunos ejemplos. Un cuerpo por otro lado esta constituido por una porcion limitada de materia que puede a su vez estar constituido por distinto materiales, un ejemplo puede ser una silla que es un cuerpo costruido por un material como la madera, tambien puede ser de plastico o de aluminio. Los materiales se encuentran en la naturaleza formando cuerpos. Un cuerpo es una porción de material que posee límites definidos. En algunos casos, es fácil distinguir un cuerpo, como sucede con un lápiz o un árbol; en otros, resulta un poco más complicado, como cuando se trata de establecer los límites del cuerpo de agua de una laguna. Los materiales que forman los cuerpos presentan diferentes características. Una pelota, por ejemplo, puede estar fabricada con cuero, con plástico o goma. Cada uno de estos materiales posee sus propias características, que hacen que la pelota sea más apropiada para determinados usos, y no para otros. Propiedades intensivas y extensivas Las propiedades de las sustancias se clasifican de diversas maneras. Uno de los criterios de clasificación las divide en propiedades extensivas e intensivas: Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada, por ejemplo: la longitud y la masa, el volumen. Si en un recipiente hay 50 g de sal de mesa y, en otro 100g, y se colocan los dos contenidos en un tercer envase, se obtienen 150g de sal. La masa varió en función de la cantidad. Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de materia considerada; por ello son muy buenos indicadores para poder reconocer una sustancia.

4 Página3 Algunas propiedades intensivas son poco confiables para identificar sustancias: por ejemplo, el color, el sabor, el brillo, el olor, el aspecto (límpido, turbio) o la textura (suave, áspera, resbaladiza). Son poco confiables porque no son exclusivas de cada sustancia. Puede haber dos sustancias que tengan color similar, o brillo, etc. Pero otras propiedades intensivas resultan muy buenos indicadores para reconocer sustancias porque son propias de cada una. Por ello, se las denomina constantes físicas. Son contantes físicas: la densidad, los puntos de ebullición y de fusión. Propiedades Intensivas Extensivas Son aquellas que Por ejemplo Algunas propiedades extensivas La masa La masa se define como la cantidad de materia que forma un cuerpo. Si se comparan dos cuerpos de diferente tamaño formados por el mismo material, se puede asegurar que el más grande tiene una masa mayor que el más pequeño. Por ejemplo, una silla posee una masa mayor que un lápiz, ya que está constituida por más madera que este. Para conocer la masa de un cuerpo, habitualmente se emplea una balanza de platillos. La unidad de masa es el kilogramo (kg). No obstante, según la cantidad de materia que se quiera medir, pueden emplearse el gramo (g) o el miligramo (mg), para cantidades de material muy pequeñas, o bien la tonelada (t), para Para medir a masa se utiliza grandes cantidades de materia. La masa no debe confundirse con el una balanza de platillos peso, ya que se trata de dos propiedades diferentes. Mientras el peso depende de la fuerza de gravedad con que es atraído un cuerpo, la masa no varía con ella. En el espacio exterior, donde la gravedad es prácticamente nula, un astronauta casi no tendría peso; en cambio, su masa sería la misma que en la Tierra, porque la cantidad de materia que forma su cuerpo no varía. Sin embargo, en la Tierra, la gravedad es similar en todas partes, por lo que el resultado numérico del peso y la masa resultan en la práctica iguales. El volumen Además de tener masa, los cuerpos ocupan lugar en el espacio; por eso se dice que poseen volumen. El volumen es otra propiedad extensiva de los materiales. Representa la cantidad de espacio que ocupa la masa de un cuerpo, y que, lógicamente, no puede ser ocupado por otro cuerpo al mismo tiempo. Es importante tener en cuenta que algunos cuerpos son huecos, por lo que es

5 Página4 posible rellenarlos con otro material. Por ejemplo, un vaso se puede llenar de líquido. Cuando se dice que está "vacío", en realidad está lleno de aire, que también es un material. El volumen de líquido o gas que puede contener un recipiente se llama capacidad. Algunas propiedades intensivas La densidad Si se toman 200 cm" de agua y se calcula su masa en una balanza, esta indicará 200 g. Si se repite el procedimiento con 300 cm" de agua, esta vez el resultado será 300 g. Esto significa que en un mismo material, la masa y el volumen son proporcionales: cuanto mayor sea el volumen de un material determinado, mayor será la masa de ese mismo material. La densidad es la cantidad de materia que hay en una unidad de volumen de determinado material. La densidad es específica para cada material. Por ejemplo, si se tiene un objeto de hierro que ocupa un volumen de 100 crn" y tiene una masa de 785 g, mediante la aplicación de la fórmula es posible calcular que la densidad de ese material es de 7,85 g/crrr'. La densidad es una propiedad que se halla directamente relacionada con la flotación. Un cuerpo sólido cuya densidad es mayor que la de un líquido se hunde al introducirlo en él. Por el contrario, si la densidad del cuerpo es menor que la del líquido, flota. Por eso los barcos se construyen con un fondo amplio, de forma tal que haya aire en su interior. Así, la densidad promedio del barco es mucho menor que la del agua y puede flotar en ella. La solubilidad Cuando se le agrega azúcar al té y se revuelve, pareciera que el azúcar desaparece, ya que no es posible verla. Lo que sucede es que, dentro del té, el azúcar se ha dividido en pequeñísimas partes que no podemos ver. Sedice que el azúcar se ha disuelto en el té. Sise sigue agregando azúcar, llegará un momento en que, por más que se revuelva, una parte caerá al fondo y se hará visible. Cuanto más caliente se encuentre el té, más azúcar podrá disolver. La capacidad de un determinado material para disolverse en otro se llama solubilidad. Frecuentemente se define la solubilidad de un material en agua indicando la temperatura correspondiente. Por ejemplo, a 10 C, la solubilidad del azúcar en agua es de 200 gramos por litro. Elmaterial que es disuelto se denomina soluto, mientras que el material que

6 Página5 disuelve se llama solvente. En el ejemplo, el azúcar es el soluto y el agua es el solvente. El conjunto de soluto y solvente recibe el nombre de solución. En general, es fácil distinguir entre el soluto y el solvente, ya que el primero está en menor proporción que el segundo. No todos los materiales se disuelven en el agua. Sise introduce una gota de aceite en agua, por más enérgicamente que se revuelva, el aceite siempre quedará visible. En cambio, si se mezcla aceite con nafta, no será posible distinguirlos. Esto se debe a que la solubilidad depende de los materiales que se ponen en contacto. El aceite es soluble en nafta, pero no lo es en agua; en cambio, el azúcar es soluble en agua. Un material puede ser soluble en un solvente, e insoluble en otro material. Las propiedades organolepticas: Son aquellas que pueden ser captadas por los sentidos; olor, color, sabbor, brillo, transparencia u opacidad. Otras propiedades intensivas son el punto de fusion y del punto de ebullicion caracteristico de cada sustancia ya que no se modifica según la cantidad de materia. La capacidad de conduccion de enegia electrica hace que los materiales sean conductores o aislantes, respectivamente. Debido a las propiedades magneticas, ciertos metales son atraidos por imanes. Los estados de agregación de la materia En la naturaleza, los materiales pueden presentarse en tres estados físicos o de agregación principales: sólido, líquido o gaseoso. Elestado de agregación de un material depende del modo en que se relacionan las partículas que lo forman. En el estado sólido, las partículas se atraen mucho entre sí. Por eso ocupan un lugar fijo en el espacio, muy cerca unas de otras; el único movimiento que pueden realizar es el de vibrar en su lugar. En consecuencia, los sólidos poseen una forma y un volumen propios. Por ejemplo, no es posible comprimirlos para que disminuya su volumen. Se dice que los sólidos son incompresibles. En el estado líquido, las partículas no ocupan una posición fija en el espacio. Debido a que las fuerzas de atracción entre ellas son menores, las partículas se mueven conjuntamente, rodando unas sobre otras. Por ejemplo, si se tiene un determinado volumen de agua en una copa, el agua adopta la forma de la copa; si se la trasvasa a un florero, la cantidad de agua no variará, pero sí lo hará la forma. Los líquidos, por lo tanto, tienen volumen propio, pero se adaptan a la forma del recipiente que los contiene. Si bien sus partículas están más alejadas entre sí que en el estado sólido, aún están muy cerca unas de las otras; por eso, los líquidos son prácticamente incompresibles.

7 Página6 En el estado gaseoso, las fuerzas de atracción entre las partículas son casi inexistentes, por lo que estas se mueven rápidamente, tratando de ocupar todo el espacio disponible y alejándose unas de otras. En este movimiento desordenado, las partículas chocan entre sí y contra todo lo que haya su alrededor. Por lo tanto, los gases no tienen forma ni volumen propios. Si se encierra un gas en una garrafa de 5L, adopta la forma de la garrafa y ocupa un volumen de 5L.Si se lo traspasa a un tubo de 10L, tomará la forma del tubo y su volumen será de 10L.Pero también se lo podría guardar en una garrafa de 2L, ya que existe mucho espacio vacío entre las partículas; por eso se dice que los gases son compresibles. Las transformaciones de los materiales Continuamente ocurren transformaciones en los materiales que nos rodean. Algunas de esastransformaciones son sencillas; por ejemplo, al cortar una hoja de papel se obtienen trozos de papel: independientemente de la cantidad de trozos que se corten, el papel sigue siendo papel. De manera semejante, al congelar agua, el hielo sigue siendo agua; y, al cortar un tronco para fabricar una silla, la silla sigue siendo de madera. A estos cambios, en los que el material sigue siendo el mismo antes y después de producido el cambio, se Al encender un fuego los que hacemos es transformar los conoce como transformaciones físicas. Por el un material como la madera en ceniza que es otro contrario, si el papel se utiliza para prender fuego, finalmente se obtendrá humo, gases calientes y cenizas. En este caso, el papel deja de ser papel para transformarse en otros materiales. Al cocinar, se producen infinidad de trasformaciones de este tipo: por ejemplo, los ingredientes que se emplean para la preparación de una torta se combinan entre sí y se convierten en otros materiales. A estos cambios, en 105 que 105 materiales se convierten en otros, selos conoce como transformaciones químicas. Existen ciertas características que pueden indicar si se ha producido o no una transformación química, como los cambios de olor, de color y de sabor. Sin embargo, no siempre es fácil determinar a simple vista si ha ocurrido en verdad un cambio químico. La forma más segura consiste en analizar los materiales en el laboratorio, para ver si son los mismos que había antes del cambio, o si se trata de otros. Actividades 1- Lee el texto La materia y completa con tres caracteristicas que definan la materia

8 Página7 2- Observa la siguiente tira de imágenes, analiza cada una de ella y propone a qué tipo de sistema pertenecen. Justifica tu respuesta. 3- Observa el cuadro que se encuentra en la parte inferior y completa con los datos requeridos. Dar al menos tres ejemplos de cada uno. CUERPO MATERIAL DEFINICIÓN EJEMPLOS 4- Busca cinco ejemplos de cuerpos formados por el mismo material, y busca cinco materiales que formen el mismo cuerpo. 5- Anota en tu carpeta las definiciones de cada una de estas palabras: MASA PESO VOLUMEN 6- A partir de los siguientes cuerpos, responde las preguntas mas abajo presentadas.

9 Página8 a. El material que forma los dos cuerpos es el mismo? b. Si el volumen de los dos autitos es el mismo Su peso tambien lo sera? c. Si el volumen de los dos autitos es el mismo Su masa tambien lo sera? d. Seria correcto afirmar que a igual masa igual peso? Por qué? e. La masa del autito de plastico en la Tierra sera la misma que en la Luna? Por qué? f. El peso del autito de plastico en la Tierra sera la misma que en la Luna? Por qué? 7- Resuelve las preguntas que diferencian entre el peso y la masa. Cuál de estos instrumentos mide la masa y por que? Qué se toma en cuenta a la hora de medir el peso? Sabiendo que la gravedad en la Tierra y la Luna es diferente. podemos decir que el peso de una persona es el mismo en latierra que en la Luna? Y qué sucede con la masa? 8- Realice un cuadro comparativo entre propiedades intensivas y extensivas 9- Observa los siguientes cuerpos y luego idea y escribe dos propiedades intensivas y dos propiedades extensivas de cada uno de ellos: 10- Las siguientes fraces hacen mención a alguna PROPIEDAD de un MATERIAL, marca con una E aquellas que hagan referencia a una propiedad EXTENSIVA y con una I las que traten de una propiedad INTENSIVA.

10 Página9 11- Observa el siguiente cuadro, completa con el estado de la materia que corresponda y con cambio de estado que consideres adecuado. 12- Explica el concepto de flotabilidad de un barco a partir de alguna de las propiedades intensivas. 13- Tenemos un problema, se nos mezclaron en nuestro anotador todas las características de las distintas propiedades tanto extensivas como intensivas, por favor ordenalas en el cuadro que aparece a continuación.

11 Página En el siguiente esquema se muestra el proceso de preparación de una torta. En qué momento del proceso se producen los cambios físicos y en cual se producen cambios químicos? 15- Las siguientes afirmaciones pueden o no tener errores. Corrijalas y escribalas correctamente en caso de ser incorrectas. a) En las transformaciones químicas el material sigue siendo el mismo. b) Al mezclar vinagre con bicarbonato de sodio se genera una tranformación física. c) Fumar un cigarrillo genera un cambio físico d) La oxidacion de clavos es un cambio físico e) Todas las transformacion quimicas son reversibles