LA MATERIA Materia sustancias. Propiedades Propiedades generales. Propiedades características. Densidad

Transcripción

1 LA MATERIA La materia son todos los sólidos, líquidos, gases que nos rodean (los árboles, los perros, el agua, una mesa de madera, aire, las personas, una silla de hierro, el refresco de una botella, las estrellas...). En todos los ejemplos vistos tenemos una determinada masa (ten en cuenta que los gases también tienen masa) que ocupa un determinado volumen. Materia es aquello que tiene una masa y ocupa un volumen. El hierro, el agua, el plástico, el oxígeno..., son diferentes tipos de materia. A los diferentes tipos de materia se les llama sustancias. Propiedades La materia tiene una serie de propiedades, que se pueden clasificar en dos grandes grupos: a) Propiedades generales. Son aquellas que no sirven para identificar los distintos tipos de materia, es decir, que no sirven para identificar las sustancias. Son ejemplos de propiedades generales: la masa, la longitud, la superficie y el volumen, ya que no permiten saber de qué sustancia se trata. b) Propiedades características. Estas propiedades sí nos pueden servir para distinguir entre varios tipos de materia, es decir, para identificar una sustancia. Son ejemplos de estas propiedades: la densidad y el color. Si nos preguntan qué pesa más, si un kilogramo (kg) de madera o un kilogramo de plomo, todos responderemos que su masa será la misma, pero ocuparán diferente volumen, y por tanto, tendrán distinta densidad. Densidad es la relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Sus unidades en el Sistema Internacional (SI) serán kg/m 3 d = m/v Imaginemos que tenemos tres cubos macizos de un metro (m) de lado cada uno y que, por tanto, tienen un volumen de un metro cúbico (m 3 ). Uno de estos cubos es de madera, otro de hierro y el otro de plomo. Si cogemos una balanza y medimos su masa, observamos que las masas de los cubos son diferentes aunque tienen el mismo volumen, por lo que sus densidades son diferentes. En la tabla hemos calculado la densidad de la madera, del hierro y del plomo, dividiendo en cada caso la masa entre el volumen.

2 La densidad es una propiedad característica de cada tipo de material, es decir, que nos permite identificarlos, ya que no existen dos materiales que tengan exactamente la misma densidad. En la siguiente tabla aparecen valores de la densidad en condiciones ambientales (25 C y 1 atmósfera de presión) de algunos sólidos, líquidos y gases. Sólido d (kg/m 3 ) Líquido d (kg/m 3 ) Gas Hidrógeno d (kg/m 3 ) 0,08 Madera 500 Aceite 800 Helio 0,2 Aluminio Alcohol 900 Aire 1,3 Hierro 7900 Agua 1000 Oxígeno 1,4 Plomo Mercurio Butano 2,6 La densidad es una magnitud directamente relacionada con la flotabilidad. Si conocemos las densidades de dos sustancias podremos saber si una flota o se hunde en la otra. Si tenemos un sólido con menor densidad que el líquido, dicho sólido flotará en ese líquido, mientras que si el sólido tiene mayor densidad que el líquido, el sólido se hundirá (suponemos que el sólido no se disuelve en el líquido). El típico ejemplo lo representa el cubito de hielo flotando en un vaso con agua. ACTIVIDADES Enumera varias propiedades del hierro que te permitan identificarlo y diferenciarlo de otras sustancias. Las propiedades que has indicado, son generales o características? Imagínate que tienes dos cajas idénticas, una caja roja y otra azul, y sabemos que en una de ellas hay un pequeño clavo de hierro y en la otra una pieza de corcho blanco. Como están cerradas, no sabemos a cuál está el hierro y en cuál el corcho blanco. De la siguiente información, cuál crees que te podría servir para saber dónde está el hierro y dónde el corcho? a) La masa del contenido de la caja azul es 15 g y la de la caja roja es 20 g. La masa, es una propiedad general o característica? Por qué? b) El Contenido de la caja azul es de color gris metálico y el de la caja roja tiene color blanco. El color, es una propiedad general o característica? Por qué?

3 c) El contenido de la caja azul no flota en agua y el de la caja roja sí flota en agua. La flotabilidad, es una propiedad general o característica? Por qué? d) El contenido de la caja azul no arde, pero el de la caja roja arde. La combustibilidad, es una propiedad general o característica? Por qué? e) Separa en dos grupos las propiedades que hemos tratado en esta actividad: en un grupo las propiedades características y en otro las generales. De las siguientes propiedades de la materia: masa, sabor, olor, forma, densidad, color y volumen, cuáles son características y cuáles son generales? Qué tiene mayor masa, un cubo de hierro de 1 m de lado o un cubo de madera de 1 m de lado? Cuál es el volumen de cada uno de ellos? Cuál tiene mayor densidad? Supongamos que hemos medido la masa y el volumen de diferentes muestras. Halla la densidad en cada caso y comenta los resultados. ESTADOS DE LA MATERIA Si ponemos hielo (agua sólida) en una cazuela y lo calentamos en la cocina, se transformará en agua líquida, y si seguimos calentando durante más tiempo se transformará en agua en estado gaseoso. Por tanto, el agua se puede presentar en los tres estados posibles de la materia dependiendo de la temperatura a la que se encuentre. Al igual que el agua, todas las sustancias se pueden presentar en tres estados, sólido, líquido y gaseoso. Las propiedades que caracterizan estos tres estados son: Cambios de estado Hemos visto que la materia puede cambiar de estado si vamos variando suficientemente la temperatura. Los posibles estados de la materia son tres: sólido, líquido y gaseoso. Los pasos de un estado a otro se

4 denominan cambios de estado. El paso de sólido a líquido: fusión Si elevamos suficientemente la temperatura de una sustancia que se encuentra en estado sólido, llega un momento en el que pasa al estado líquido. La temperatura a la que se produce este cambio de estado se conoce como temperatura de fusión. El paso de líquido a gas: vaporización Si seguimos aumentando la temperatura de la sustancia, que ya se encontraba en estado líquido, llegará un momento en que empezará a hervir y pasará al estado, gaseoso. Esa temperatura a la que hierve y pasa del estado líquido al gaseoso se llama temperatura de ebullición. Si en verano pones un vaso de agua al sol, al día siguiente comprobarás que hay menos agua en el vaso. Esto no es debido a que el agua haya estado hirviendo, pues no se ha alcanzado la temperatura de ebullición (I00 C en el caso del agua). Lo que en realidad se ha producido es la evaporación del agua, proceso que tiene lugar más fácilmente cuanto mayor sea la temperatura. La evaporación es el paso del estado líquido al estado gaseoso pero sin necesidad de alcanzar la temperatura de ebullición, mientras que para que comience la ebullición debemos alcanzar la citada temperatura. El término vaporización incluye tanto a la ebullición como a la evaporación. El paso de gas a líquido: condensación Si inicialmente tenemos una sustancia en estado gaseoso y vamos enfriando (bajando la temperatura), llega un momento en el que se alcanza una temperatura en la que la sustancia pasa del estado gaseoso al líquido. En este caso hablamos de temperatura de condensación, que es la misma que la temperatura de ebullición de esa sustancia. Por ejemplo, la temperatura de ebullición y de condensación del agua es de I00 C. El paso de líquido a sólido: solidificación o congelación. Si seguimos enfriando, del estado líquido pasará al estado sólido; la temperatura en que sucede este cambio recibe el nombre de temperatura de congelación o solidificación, y es idéntica a la temperatura de fusión de la sustancia en estudio. Por ejemplo, la temperatura de fusión y de congelación del agua es de 0 C. Las temperaturas a las que ocurren los cambios de estado son propiedades características de cada sustancia, al igual que la densidad. Cada sustancia tiene unos valores diferentes de temperatura de fusión y de ebullición, por lo que estas temperaturas nos permiten diferenciar unas sustancias de otras. Paso de gas a sólido directamente y viceversa: sublimación

5 Existen algunas sustancias, como la naftalina (que conocerás porque se suele utilizar para proteger la ropa de los armarios de las polillas), que pasan directamente del estado sólido al gaseoso (sublimación) y viceversa (sublimación inversa) sin pasar por el estado líquido. ACTIVIDADES En la tabla siguiente hay datos sobre las temperaturas de fusión y de ebullición de algunas sustancias. Vas a utilizarlos para saber cuál es el estado de la materia (sólido, líquido o gaseoso) que presentan dichas sustancias a temperatura ambiental (suponemos unos 25 C). Agua Azufre Oxígeno Alcohol etílico Butano Acetona Hidrógeno Mercurio Hierro fusión , ebullición ,4-0, Estado de la materia SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS En algunas ocasiones podemos tener un cuerpo formado por un único tipo de materia, en cuyo caso diremos que se trata de una sustancia pura (por ejemplo, oro, cobre...). Sin embargo, lo corriente en la naturaleza es que se presenten varias sustancias juntas que no reaccionen entre sí, en cuyo caso decimos que se trata de una mezcla (por ejemplo, agua salada, arena...). La mayor parte de la materia que encontramos a nuestro alrededor es una mezcla de sustancias y muy pocas veces encontramos sustancias puras. Las sustancias puras están formadas por un único tipo de materia, mientras que las mezclas están formadas por varias sustancias que no reaccionan entre sí. * Mezclas homogéneas y heterogéneas Existen diferencias muy importantes entre las diversas mezclas de la tabla anterior. En la mezcla de arena y limaduras de hierro, se puede distinguir a simple vista (o con una lupa o con un microscopio óptico) sus componentes. En este caso decimos que se trata de una mezcla heterogénea, ya que no presenta un aspecto uniforme a simple vista (o con una lupa o con un microscopio óptico). Mezcla heterogénea es la que no presenta un aspecto uniforme, por lo que se pueden distinguir fácilmente sus componentes.

6 Hay otro tipo de mezclas que tienen aspecto uniforme a simple vista (o con una lupa o con un microscopio óptico) y por tanto no se distinguen sus componentes, como el caso de un litro de agua en el que disolvemos una cucharada de azúcar de mesa (el nombre científico del azúcar de mesa es sacarosa). Las mezclas que presentan un aspecto uniforme a simple vista, reciben el nombre de mezclas homogéneas. No obstante, no solemos decir que tenemos una mezcla homogénea de azúcar en agua, sino que decimos que tenemos una disolución. Mezcla homogénea o disolución es la que presenta un aspecto uniforme y por tanto no podemos distinguir fácilmente sus componentes. Probablemente hayas visto en algún documental una fundición, industria en la que se somete a los metales a muy altas temperaturas para que se fundan, es decir, que pasen al estado líquido. Si, por ejemplo, mezclamos los metales cobre y cinc fundidos, obtenemos una mezcla homogénea que tras dejar enfriar vuelve al estado sólido; es el latón. En estos casos hablamos de mezclas homogéneas en estado sólido y reciben el nombre de aleaciones. También existen gases disueltos en líquidos, como es el caso de la pequeña cantidad de oxígeno y dióxido de carbono (gas que expulsas al respirar) que lleva disuelto el agua de los ríos, lagunas y mares, y que resulta vital para los peces y las plantas acuáticas. * La leche es una emulsión La leche es una mezcla que se encuentra en una situación intermedia entre homogénea y heterogénea. Si la observamos a simple vista o con una lupa, parece que su aspecto es uniforme, y por tanto, que es una mezcla homogénea, Pero si utilizamos un microscopio óptico, veremos que tiene pequeñas gotas de grasa dispersas en agua. Lo mismo ocurre al añadir una cucharada de aceite a un vaso de agua si a continuación lo batimos durante mucho tiempo. El resultado es que obtenemos una mezcla de aspecto homogéneo a simple vista, pero si se deja reposar el tiempo suficiente, el agua y el aceite terminan por separarse. Este tipo de mezclas heterogéneas que en apariencia son homogéneas, se llaman emulsiones. ACTIVIDADES Indica en qué se parece y e, qué se diferencian las mezclas homogéneas, las heterogéneas y las emulsiones. En la etiqueta de numerosos productos, como zumos o batidos, se lee: «Agítese antes de usar». Cuál crees que es el motivo de esta recomendación? Razona tu respuesta. Indica cómo separarías las siguientes mezclas: a) Agua y aceite. b) Arena y sal. c) Serrín y limaduras de hierro. d) Arena y limaduras de hierro.