/ Vocabulario cambio físico cambio químico densidad mezcla solubilidad solución so luto solvente Picture Credits 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 Photo locators denoted as follows: Top (T), Center (C), Bottom (8), Left (L), Right (R), Background (Bkgd). 6 Scott Foresman; 9 Scott Foresman; 18 (BL, BC, BR) Science Museum/DK lmages. Scott Foresman/Dorling Kindersley would also like to thank: 8 (BR) Stephen Oliver/DK lmages. Unless otherwise acknowledged, all photographs are the copyright of Dorling Kindersley, a division of Pearson ISBN: 0-328-17287-1 Copyright Pearson Education, lnc. All Rights Reserved. Printed in the United S tates 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 permission(s), write to Permissions Department, Scott Foresman, 1900 East Lake Avenue, Glenview, lllinois 60025. 1 2 3 4 S 6 7 8 9 1 O VO 1 O 14 13 12 11 1 O 09 08 07 06
por Jennie F. Crest
Cómo describimos la materia Todos los seres vivos y las cosas sin vida están hechos de materia. La materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Hay varias maneras de identificar la materia. Puedes aprender sobre las propiedades de la materia con tus sentidos. Fíjate en un objeto para determinar su forma, tamaño y color. Unos objetos se sienten lisos o ásperos al tacto, otros se sienten blandos o duros. Puedes reconocer los tipos de materia por su sabor o su olor. Hay experimentos sencillos para identificar otras propiedades de la materia. Observa lo que hace la materia al calentarse o enfriarse. Observa cómo la afecta un imán. Descubre si un objeto flota o se hunde cuando lo sumerges en agua. Descubre qué sucede cuando mezclas una materia con otra. Desaparece parte de la materia? Se forma algo nuevo? Usa un imán para ver qué efecto tiene sobre la materia.
Los estados de la materia Los científicos saben que toda la materia está compuesta de partículas pequeñitas. Las partículas se mueven. También se agrupan de distintas maneras. La forma, o estado de la materia, depende de cómo se mueven y cómo se agrupan las partículas. Los estados más comunes de la materia son sólido, líquido y gaseoso. Casi toda la materia de la Tierra se encuentra de forma natural en un solo estado. El agua es la única sustancia fácil de hallar en los tres estados de la materia. El agua líquida es la misma sustancia que el hielo, que es agua sólida. El agua líquida también es lo mismo que el vapor de agua, que es agua en estado gaseoso. 3
escultura de hielo Los sólidos Un sólido es materia con forma definida que ocupa un espacio determinado. Sus partículas están muy juntas. Se frotan unas contra otras y no pueden separarse. Piensa en un sólido, como un cubo de hielo. No cambia de forma si la temperatura es de O oc o menos, el cubo de hielo mantiene la misma forma en un vaso o un tazón.
Los líquidos Un líquido es materia sin forma definida que ocupa un espacio determinado. Las partículas de un líquido no están tan juntas como las de un sólido. Pueden moverse e intercambiar lugares. El agua líquida toma la forma del recipiente que la contiene. Adopta la forma de cualquier vaso o recipiente en que se vierta. Si se vierte en un tazón, tomará esa forma. Pero la cantidad de agua seguirá siendo la misma. Los gases agua vertida Un gas es materia sin forma definida que no ocupa un espacio determinado. Las partículas de gas están muy separadas; se mueven en todas las direcciones. Un gas siempre llena el recipiente donde está. El vapor de agua es un gas. Siempre está cambiando de forma y tamaño. El vapor que sale de esta olla no es un gas. Está formado por pequeñas gotas de agua. vapor
Medición de la materia... Las balanzas, reglas y cilindros graduados son instrumentos que miden las propiedades de la materia. La masa En la Tierra pesas unas seis veces más de lo que pesarías en la Luna, porque tu peso depende de la la fuerza de gravedad. Pero tu masa sería la misma en la Tierra y en la Luna. La masa es la medida de la cantidad de materia que tiene un objeto. Es importante para los científicos porque siempre es igual, no importa en qué lugar esté el objeto. U na balanza de platillos es un instrumento que mide la masa. En un lado de la balanza puedes poner un objeto con una masa que ya conozcas. Luego puedes poner un objeto de masa desconocida en el otro lado. Cuando los dos platillos están al mismo nivel, las masas son iguales.
Fíjate en la ilustración. El juguete tiene una masa de 23 gramos. Si desarmas el juguete y pones las piezas en el otro lado de la balanza, ambos lados de la balanza quedarán iguales. La masa de todas las partes es la misma que la del juguete entero. La masa cambia solamente cuando se pone o se quita materia. Qué pasaría si se armara el juguete otra vez pero dándole otra forma? La masa no cambiaría, porque no se agregó ni se quitó materia. Los científicos miden y comparan la materia con unidades métricas. La masa se mide en miligramos (mg), gramos (g) y kilogramos (kg). El gramo es la unidad básica de masa del sistema métrico. Este sistema se basa en las decenas. El prefijo al principio del nombre indica su valor. Un gramo equivale a 1,000 miligramos y 1,000 gramos equivalen a 1 kilo gramo. Un centavo tiene una masa de 2.5 g. Se necesitarían 400 centavos para completar una masa de 1 kg. Las partes del juguete tienen la misma masa que el juguete entero. La balanza de platillos está nivelada.
El volumen Imagínate que inflas un globo. A medida que se llena de aire, se hace más grande. El globo se agranda porque aumenta el volumen de aire que contiene. El volumen es la cantidad de espacio que ocupa la materia. El volumen se puede medir. Con una regla de centímetros puedes medir el volumen de un sólido, como un bloque de madera. Primero mides la longitud, el ancho y la altura. Luego multiplicas todas las medidas. El bloque de madera puede tener 3 cm de largo, 4 cm de ancho y 6 cm de alto. El volumen es 3 cm x 4 cm x 6 cm, es decir, 72 centímetros cúbicos. Los científicos calculan el volumen de un sólido con medidas métricas, tal como lo hacen con la masa. Entre las medidas que usan los científicos están los centímetros cúbicos (cm3) y los metros cúbicos (m3). bloque de madera y regla de centímetros
No se puede hallar el volumen de los líquidos midiendo la longitud, el ancho y la altura, porque los líquidos no tienen forma definida. Para medir un líquido debes usar un recipiente para medir, como un cilindro graduado. El volumen de un líquido se mide en litros (L) y mililitros (ml). Las unidades marcadas en los cilindros graduados son mililitros. Un litro equivale a 1,000 mililitros. Un cilindro graduado también sirve para hallar la medida de sólidos que se hunden en el agua. Primero vierte un poco de agua en el cilindro y anota la altura que alcanza. Luego mete un sólido, como una pelota. La altura del agua aumenta cuando metes la pelota. El nivel de agua aumenta porque la pelota empuja parte del agua. La diferencia entre los dos niveles de agua te indica el volumen de la pelota. == 90 == 80 =--= 70 == 60-50 l 40 1 E= 90 ; 80 r- 10-50 - 20 cilindro graduado 9
La densidad Tiene el pañuelo de papel tisú más masa que la cartulina? Una manera de responder esta pregunta es tomar un pedazo del mismo tamaño de cada tipo de papel. Luego puedes medir sus masas en una balanza. Otra manera de compararlos es hallar la densidad de cada pedazo de papel. La densidad es la cantidad de masa en cierto volumen de materia. Si el pañuelo de papel tisú y la cartulina son del mismo tamaño, pero la cartulina tiene más masa, entonces también tiene más densidad que el pañuelo de papel. Puedes dividir la masa por el volumen para hallar la densidad de un objeto. La densidad se expresa en gramos por centímetro cúbico. La densidad se escribe como una fracción: masa en g ramos volumen en centímetros cúbicos g cm3 10
.,.--- jarabe de maíz La densidad del agua equivale a 1, porque 1 gramo de agua tiene el volumen de 1 centímetro cúbico. La densidad de un cubo de hielo es menor que l. Esta pequeña diferencia en densidades significa que un cubo de hielo flota en el agua. Pero como la diferencia es tan pequeña, la mayor parte del cubo que flota está por debajo de la superficie. La densidad de un objeto te dice si se hundirá o flotará en un líquido. El aceite es menos denso que el agua, por eso flota en la superficie del agua. El pedazo de corcho es menos denso que el aceite, así que flota por encima del aceite. El bloque plástico es más denso que el aceite, pero menos denso que el agua. Por eso se hunde hasta quedar debajo del aceite, pero flota en la superficie del agua. Como la uva es más densa que el aceite y el agua, se hunde hasta el fondo del agua. En el fondo de todo está el jarabe, que es más denso que todas las otras cosas. 11
Mezclar materias Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias. Estas sustancias pueden ser sólidos, líquidos o gases. Las sustancias de una mezcla se separan fácilmente. No se combinan químicamente. Si mezclas hojuelas de trigo, avena y maíz, siempre podrás separar cada cosa en pilas distintas. Tendrían el mismo sabor por separado o todas juntas. Todas las mezclas pueden separarse. Cada ingrediente mantiene las mismas propiedades que tenía antes de mezclarse. hojuelas de afrecho avena hojuelas de maíz 12
La mayoría de los ingredientes de una mezcla pueden separarse fácilmente. Supón que mezclas arena y gravilla. Podrás separarlas? La arena y la gravilla no se unen químicamente, así que es posible separarlas. Podrías pasar esta mezcla por un tamiz, que quitaría la arena y dejaría la gravilla. Tanto la arena como la gravilla seguirían teniendo las mism.as propiedades que tenían antes de mezclarse. Esta mezcla se separa con un tamiz. 13
Las soluciones El azúcar y el agua pueden combinarse para hacer una mezcla. No puedes ver el azúcar de esta mezcla. Se ha desintegrado, o disuelto, en partículas muy pequeñas. El azúcar y el agua forman un tipo de mezcla llamada solución. En una solución, una o más sustancias se disuelven en otra. mezclar agua y azúcar El tipo de solución más común es la de un sólido disuelto en un líquido, como el azúcar disuelta en agua. El azúcar es un soluto en esta solución. El soluto es la sustancia que se disuelve. El agua es el solvente en esta solución. El solvente es la sustancia que disuelve a la otra sustancia. En el mundo cotidiano hay muchas soluciones. El agua de mar es una solución. La sal y otros minerales se disuelven en agua. El aire que respiramos es una solución de varios gases. El acero de los edificios y los automóviles es una solución. Es el resultado de un proceso con sólidos como el carbón y el hierro. Como el azúcar se disuelve en el agua, el azúcar es el soluto. 14
Cuando una sustancia se puede disolver en otra se dice que tiene solubilidad. La solubilidad es la medida de la cantidad de una sustancia que se puede disolver en otra. La solubilidad de la arena en agua es cero, porque no se disuelve en el agua. Es posible aumentar la solubilidad de una sustancia. Una manera es aumentar la temperatura del solvente. El cacao en polvo se disuelve más rápido en agua caliente que en agua fría. Al triturar una sustancia se aumenta su solubilidad. Un terrón de azúcar se disuelve en un vaso de agua, pero lentamente. Puedes hacer que se disuelva más rápido si lo trituras en cristales pequeñitos. Así se disuelve más rápido porque hay más partículas de azúcar en contacto con el agua. 15
Cambios en la materia La materia puede pasar por cambios tanto físicos como químicos. Cambios físicos Imagínate que rasgas un pedazo de papel. Al hacerlo, sólo cambia el tamaño y la forma del papel. Las partículas que componen el papel no cambian. Cualquier cambio en el tamaño, la forma o el estado de la materia es un cambio físico. Las partículas que forman la materia se quedan iguales cuando ocurre un cambio físico. Pero la manera en que se agrupan estas partículas puede variar. Hay cambio físico al mezclar agua y azúcar? En esta solución, las partículas son demasiado pequeñas para verlas. Pero si evaporas el agua, quedaréel azúca Como las partículas del azúcar y el agua no cambian, se pueden separar. Por lo tanto, mezclar el agua y el azúcar es un cambio físico. Arrugar o rasgar papel es un cambio físico.
Qué tipo de cambio ocurre cuando se fabrica un bate de béisbol? Se corta un pedazo de madera y se le da forma de bate. El bate sigue teniendo las mismas partículas que forman el pedazo de madera. No se forman nuevos materiales. Ha pasado por un cambio físico. Romper un vidrio es otro cambio físico. El vidrio está hecho de las mismas partículas cuando está roto en muchos pedazos y cuando está en una sola pieza. No se ponen ni se quitan materiales. Sólo cambia físicamente. Qué tal si rompes un huevo o cortas una papa? Son cambios físicos? Un huevo roto tiene las mismas propiedades que tenía antes de romperse. La papa también tiene las mismas propiedades que tenía antes de cortarla. Solamente cambia la forma original. Tanto el huevo como la papa han pasado por cambios físicos. 1 "-.._./ 17
Cambios de fase El agua puede calentarse para formar vapor de agua. También puede congelarse para formar un cubo de hielo. Si el cubo de hielo se derrite, se convierte en líquido. El vapor de agua, el hielo y el agua líquida son todos la misma sustancia. Están en distintos estados o fases. La energía hace que las partículas de una sustancia estén en una fase en vez de otra. También hace que las partículas se muevan más rápido y más lejos. La fase de una sustancia puede cambiar si agregas o quitas energía. El agua líquida pierde energía calorífica al ponerla en el congelador. Esto permite que el agua se convierta en hielo. Al poner una olla de agua sobre un quemador encendido en la estufa, se le agrega energía. Esto permite que parte del agua forme vapor de agua. Los cambios de fase son ejemplos de cambios físicos. agua líquida 18
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Cambios químicos Has visto alguna vez un pedazo de hierro oxidado? El hierro es un metal gris brillante. El óxido es una sustancia marrón rojiza con consistencia de polvo. El hierro se oxida cuando se deja en un lugar húmedo. Cuando el hierro se oxida, sucede un cambio químico. Un cambio químico sucede cuando las partículas de una sustancia cambian y se forman partículas de una sustancia nueva con otras propiedades. Los cambios químicos producen nuevos tipos de materia. Es común que se libere calor en un cambio químico, Los animales de sangre caliente usan el calor liberado durante los cambios químicos. Los seres humanos también usamos este calor. hierro Mezclamos los alimentos que comemos con químicos que tiene nuestro cuerpo. Durante este cambio químico se libera calor. La mancha negra que se forma en la plata es otro tipo de cambio químico. La mancha es resultado de la reacción que tiene un metal, como la plata, con el hierro oxidado aire. Hace que la plata se ponga oscura.
Cuando se quema madera o papel, se produce un cambio químico. Tanto el papel como la madera son sustancias sólidas. Cuando se encienden con una llama, cambian de estado sólido a cenizas, dióxido de carbono y vapor de agua. Al mezclar vinagre y vinagre y bicarbonato bicarbonato de sodio, se produce de sodio un cambio químico. Cuando el ácido del vinagre reacciona con el bicarbonato, se forman burbujas de dióxido de carbono. El dióxido de carbono empuja el aire hacia arriba. Las burbujas suben todavía más. Casi parece un volcán en erupción! Si alguna vez has horneado pan, has causado un cambio químico. Primero mezclas los ingredientes: la harina, el agua, la levadura y la sal. Luego los cueces en el horno. Como forman una nueva sustancia, ya no pueden volver a la forma Cuando se hornean los ingredientes mezclados, ocurre un cambio químico. 21
Los elementos Las partículas de una sustancia pura se parecen. Los elementos son las sustancias puras más simples. Hay más de 100 elementos conocidos. Los científicos han organizado la información sobre estos elementos en una tabla llamada tabla periódica. La fila y la columna donde aparece el elemento indican algo sobre él. Fíjate en la tabla periódica de esta página para ver cuántos elementos reconoces. Fase a temperatura ambiente 3 4 O Gaseosa 1!1 No se encuentra en la naturaleza Li Ulro Be Berilio O Líquida 11 12 O sólida Na Mg Sodro Mogne io 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn OI01ÍO Caldo Escandia Titanio Vonadro Cromo Manganeso Hierro Cobalto Nlq el Cobre Zinc 37 38 39 40 41 42 44 45 46 47 Rb Sr y Zr Nb M o Ru Rh Pd Ag Cd Rubidio htron<io huo (irun o Niobro Molil:.deno Rutenio Rodio Polodio ata Codm:o 55 56 71 72 73 74 75 76 77 78 48 79 80 Cs Ba Lu Hf Ta w Re Os Ir Pt Au, Hg Cesio Borio lute(io lloln o lontolro Tungsteno Renio Ounio!lidio Plohno Oro larttjiio 87 88 Fr Ra frontio Radio 57 58 59 63 64 65 La Ce Pr E u Gd Tb lonlono Ceno Proseodrmio Neodimio Europlo Gadolinio Terbio 89 90 91 92 A e Th Pa u AíhmD Torio Protncrinio Uu:nio 22
... Conclusión La materia puede existir en tres formas, o estados: sólido, líquido y gaseoso. Hay muchas maneras de describir la materia. Con nuestros sentidos podemos determinar cómo se ven, se sienten, huelen o saben las cosas. Podemos experimentar para hallar las propiedades de la materia, como el efecto de la temperatura. La materia se puede medir para hallar su masa, volumen o densidad. Los científicos usan el sistema 2 1 He l -..J 5 6 7 8 9 10 B e N o F Boro C01bono............ 13 14 15 16 17 18 métrico para medir la materia. Las propiedades de la materia se miden con instrumentos como balanzas, reglas y cilindros graduados..... Al Si p S a Ar Es importante usar Alumimo Srhlio hd Alvht a. estos instrumentos de 31 32 33 34 35 36 Ga Ge As Se Ir Kr medición para comparar Galio Germanio ""111 loltn 49 50 51 52 5A la materia en todas sus In Sn Sb lrwfia htoflo An'""n Te formas. 81 82 83 84 La materia puede TI Pb Bi Po Talio Plomo... - cambiar de muchas q maneras. También puede pasar por cambios físicos 66 67 68 69 70 1 y químicos. Hay materia Dy Ho Er Tm Yb i """'" Holmio hb1a Tu!io lterbio 1 en cualquier lugar que mires y puede cambiar en cualquier momento. 23
Glosario cambio físico cambio químico densidad mezcla solubilidad solución so luto solvente cualquier cambio en el tamaño, forma o estado de la materia cambio que se produce cuando las partículas de una sustancia cambian de tal manera que forman partículas de una sustancia nueva con otras propiedades cantidad de masa en cierto volumen de materia combinación de dos o más sustancias con propiedades que no cambian al mezclarse medida de la cantidad de una sustancia que se puede disolver en otra una o más sustancias disueltas en otra sustancia sustancia que se disuelve en otra sustancia que disuelve a otra sustancia 24
Qué a f:lt?e n di s:te? 1. Agrupa cuatro objetos distintos de tu casa según sus propiedades. Describe las propiedades. 2. Explica dos maneras de determinar el volumen de un ladrillo. 3. En qué se diferencian una solución y una mezcla? 4. Escritura en Ciencias La materia puede pasar por cambios físicos y químicos. Describe en una hoja aparte en qué se diferencian estos cambios. Da ejemplos del libro que apoyen tu respuesta. S. Comparar y contrastar En qué se parecen un pedazo de plata ennegrecida y un pedazo de madera quemada? En qué se diferencian?
ISBN 0-328-17287-1