Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio
La Química es la ciencia que estudia su naturaleza, composición y transformación.
Las nubes son materia. Si la materia tiene masa y ocupa un lugar en el espacio significa que es cuantificable, es decir, que se puede medir. Todo cuanto podemos imaginar, desde un libro, un auto, el computador y hasta la silla en que nos sentamos y el agua que bebemos, o incluso algo intangible como el aire que respiramos, está hecho de materia.
Los planetas del Universo, los seres vivos como los insectos y los objetos inanimados como las rocas, están también hechos de materia. De acuerdo a estos ejemplos, en el mundo natural existen distintos tipos de materia, la cual puede estar constituida por dos o más materiales diferentes, tales como la leche, la madera, un trozo de granito, el azúcar, etc. Si un trozo de granito se muele, se obtienen diferentes tipos de materiales
La cantidad de materia de un cuerpo viene dada por su masa, la cual se mide normalmente en kilogramos o en unidades múltiplo o submúltiplo de ésta (en química, a menudo se mide en gramos). La masa representa una medida de la inercia o resistencia que opone un cuerpo a acelerarse cuando se halla sometido a una fuerza. Esta fuerza puede derivarse del campo gravitatorio terrestre, y en este caso se denomina peso. (La masa y el peso se confunden a menudo en el lenguaje corriente; no son sinónimos). Volumen de un cuerpo es el lugar o espacio que ocupa. Existen cuerpos de muy diversos tamaños. Para expresar el volumen de un cuerpo se utiliza el metro cúbico (m³) y demás múltiplos y submúltiplos.
Composición de la materia
La materia está integrada por átomos, partículas diminutas que, a su
vez, se componen de otras aún más pequeñas, llamadas partículas subatómicas,
las cuales se agrupan para constituir los diferentes objetos.
Un átomo es la menor
cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia y puede entrar
en combinación. Está constituido por un núcleo, en el cual se hallan los
protones y neutrones y una corteza, donde se encuentran los electrones.
Cuando el número de protones del núcleo es igual al de electrones de la
corteza, el átomo se encuentra en estado eléctricamente neutro.
Se denomina número atómico al
número de protones que existen en el núcleo del átomo de un elemento. Si
un átomo pierde o gana uno o más electrones adquieren carga positiva o
negativa, convirtiéndose en un ion. Los iones se denominan
cationes si tienen carga positiva y aniones si tienen carga negativa.
La mayoría de los científicos cree
que toda la materia contenida en el Universo se creó en una explosión
denominada Big Bang, que desprendió una enorme cantidad de calor y de
energía. Al cabo de unos pocos segundos, algunos de los haces de energía
se transformaron en partículas diminutas que, a su vez, se convirtieron en los átomos
que integran el Universo en que vivimos.
En la naturaleza los átomos se
combinan formando las moléculas. Una molécula es una agrupación de dos o
más átomos unidos mediante enlaces químicos. La molécula es la mínima
cantidad de una sustancia que puede existir en estado libre conservando todas
sus propiedades químicas.
Todas las sustancias están
formadas por moléculas. Una molécula puede estar formada por un átomo
(monoatómica), por dos átomos (diatómica), por tres átomos (triatómica) o más
átomos (poliatómica)
Las moléculas de los cuerpos simples
están formadas por uno o más átomos idénticos (es decir, de la misma clase).
Las moléculas de los compuestos químicos están formadas al menos por dos átomos
de distinta clase (o sea, de distintos elementos).
Continuidad de la materia
Si se tiene una determinada cantidad
de una sustancia cualquiera, como por ejemplo, de agua y se desea dividirla lo
más posible, en mitades sucesivas, llegará un momento en que no podrá dividirse
más, ya que se obtendría la cantidad más pequeña de agua.
Esta mínima cantidad de
agua, tal como se dijo anteriormente, corresponde a una molécula. Si
esta molécula se dividiera aún más, ya no sería agua lo que se obtendría, sino
que átomos de hidrógeno y de oxígeno que son los constituyentes de la molécula
de agua.
Por lo tanto, una molécula es
la partícula de materia más pequeña que puede existir como sustancia compuesta.
Cuando la molécula de agua: (H2O) se divide en dos átomos de
hidrógeno y un átomo de oxígeno, la sustancia dejó de ser agua.
Los científicos han demostrado que
la materia, sea cual fuere su estado físico, es de naturaleza corpuscular, es
decir, la materia está compuesta por partículas pequeñas, separadas unas de
otras.
Elementos, compuestos y mezclas
Las sustancias que conforman la
materia se pueden clasificar en elementos, compuestos y mezclas.
Los elementos son sustancias
que están constituidas por átomos iguales, o sea de la misma naturaleza. Por
ejemplo: hierro, oro, plata, calcio, etc. Los compuestos están
constituidos por átomos diferentes.
El agua y el hidrógeno son ejemplos
de sustancias puras. El agua es un compuesto mientras que el hidrógeno es un
elemento. El agua está constituida por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
y el hidrógeno únicamente por dos átomos de hidrógeno.
Si se somete el agua a cambios
de estado, su composición no varía porque es una sustancia pura, pero si se
somete a cambios químicos el agua se puede descomponer en átomos de hidrógeno y
de oxígeno. Con el hidrógeno no se puede hacer lo mismo. Si se somete al calor,
la molécula seguirá estando constituida por átomos de hidrógeno. Si se intenta
separarla por medios químicos siempre se obtendrá hidrógeno.
En la naturaleza existen más de cien
elementos químicos conocidos (Ver Tabla
Periódica de los Elementos) y más de un millón de compuestos.
Las mezclas
Se obtienen de la combinación de dos
o más sustancias que pueden ser elementos o compuestos. En las mezclas no se
establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla. Las mezclas
pueden ser homogéneas o heterogéneas.
Las mezclas homogéneas son aquellas en las cuales todos
sus componentes están distribuidos uniformemente, es decir, la concentración es
la misma en toda la mezcla, en otras palabras en la mezcla hay una sola fase.
Ejemplos de mezclas homogéneas son la limonada, sal disuelta en agua, etc. Este
tipo de mezcla se denomina solución o disolución.
Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que sus
componentes no están distribuidos uniformemente en toda la mezcla, es decir,
hay más de una fase; cada una de ellas mantiene sus características. Ejemplo de
este tipo de mezcla es el agua con el aceite, arena disuelta en agua, etc.; en
ambos ejemplos se aprecia que por más que se intente disolver una sustancia en
otra siempre pasado un determinado tiempo se separan y cada una mantiene sus
características.
Propiedades de la materia
Las propiedades de la materia
corresponden a las características específicas por las cuales una
sustancia determinada puede distinguirse de otra. Estas propiedades pueden
clasificarse en dos grupos:
Propiedades físicas: dependen fundamentalmente de la
sustancia misma. Pueden citarse como ejemplo el color, el olor, la textura, el
sabor, etc.
Propiedades químicas: dependen del comportamiento de la
materia frente a otras sustancias. Por ejemplo, la oxidación de un clavo (está
constituida de hierro).
Las propiedades físicas pueden
clasificarse a su vez en dos grupos:
Propiedades físicas extensivas: dependen de la cantidad de materia
presente. Corresponden a la masa, el volumen, la longitud.
Propiedades físicas intensivas: dependen sólo del material,
independientemente de la cantidad que se tenga, del volumen que ocupe, etc. Por
ejemplo, un litro de agua tiene la misma densidad que cien litros de agua
Estados físicos de la materia
En condiciones no extremas de
temperatura, la materia puede presentarse en tres estados físicos diferentes:
estado sólido, estado líquido y estado gaseoso.
Los sólidos poseen forma
propia como consecuencia de su rigidez y su resistencia a cualquier
deformación. La densidad de los sólidos es en general muy poco superior a
la de los líquidos, de manera que no puede pensarse que esa rigidez
característica de los sólidos sea debida a una mayor proximidad de sus
moléculas; además, incluso existen sólidos como el hielo que son menos densos
que el líquido del cual provienen. Además ocupan un determinado volumen y se
dilatan al aumentar la temperatura.
Esa rigidez se debe a que las
unidades estructurales de los sólidos, los átomos, moléculas y iones, no pueden
moverse libremente en forma caótica como las moléculas de los gases o, en menor
grado, de los líquidos, sino que se encuentran en posiciones fijas y sólo
pueden vibrar en torno a esas posiciones fijas, que se encuentran distribuidas,
de acuerdo con un esquema de ordenación, en las tres direcciones del espacio.
La estructura periódica a que da
lugar la distribución espacial de los elementos constitutivos del cuerpo se
denomina estructura cristalina, y el sólido resultante, limitado
por caras planas paralelas, se denomina cristal. Así, pues,
cuando hablamos de estado sólido, estamos hablando realmente de estado
cristalino.
Los líquidos se caracterizan
por tener un volumen propio, adaptarse a la forma de la vasija en que están
contenidos, poder fluir, ser muy poco compresibles y poder pasar al estado de
vapor a cualquier temperatura. Son muy poco compresibles bajo presión, debido a
que, a diferencia de lo que ocurre en el caso de los gases, en los líquidos la
distancia media entre las moléculas es muy pequeña y, así, si se reduce aún
más, se originan intensas fuerzas repulsivas entre las moléculas del líquido.
El hecho de que los líquidos ocupen
volúmenes propios demuestra que las fuerzas de cohesión entre sus moléculas son
elevadas, mucho mayores que en el caso de los gases, pero también mucho menores
que en el caso de los sólidos. Las moléculas de los líquidos no pueden
difundirse libremente como las de los gases, pero las que poseen mayor energía
cinética pueden vencer las fuerzas de cohesión y escapar de la superficie del
líquido (evaporación).
Los gases se caracterizan
porque llenan completamente el espacio en el que están encerrados. Si el
recipiente aumenta de volumen el gas ocupa inmediatamente el nuevo espacio, y
esto es posible sólo porque existe una fuerza dirigida desde el seno del gas
hacia las paredes del recipiente que lo contiene. Esa fuerza por
unidad de superficie es la presión.
Los gases son fácilmente
compresibles y capaces de expansionarse indefinidamente.
Los cuerpos pueden cambiar de
estado al variar la presión y la temperatura. El agua en la naturaleza cambia de
estado al modificarse la temperatura; se presenta en estado sólido, como nieve
o hielo, como líquido y en estado gaseoso como vapor de agua (nubes)
Materia viva e inerte
La Tierra alberga a muchos seres
vivos, como son las plantas y animales. Una mariposa parece algo muy
distinto de una piedra; sin embargo, ambas están compuestas de átomos, aunque
éstos se combinan de manera diferente en uno y otro caso. La mayor parte de la
materia es inanimada; es decir, no crece, ni se reproduce, ni se mueve por sí
misma. Un buen ejemplo de materia inanimada lo constituyen las rocas que
componen la Tierra.
Cambios de la materia
Los cambios que puede experimentar
la materia se pueden agrupar en dos campos:
Los cambios físicos son
aquellos en los que no hay ninguna alteración o cambio en la composición de
la sustancia. Pueden citarse como cambios físicos los cambios de estado
(fusión, evaporación, sublimación, etc.), y los cambios de tamaño o forma. Por
ejemplo, cuando un trozo de plata se ha transformado en un anillo, en una
bandeja de plata, en unos aretes, se han producido cambios físicos porque la
plata mantiene sus propiedades en los diferentes objetos.
En general, los cambios físicos son reversibles,
es decir, se puede volver a obtener la sustancia en su forma inicial
Los cambios
químicos son las
transformaciones que experimenta una sustancia cuando su estructura y
composición varían, dando lugar a la formación de una o más sustancias nuevas.
La sustancia se transforma en otra u otras sustancias diferentes a la original.
El origen de una nueva sustancia
significa que ha ocurrido un reordenamiento de los electrones dentro de los
átomos, y se han creado nuevos enlaces químicos. Estos enlaces químicos
determinarán las propiedades de la nueva sustancia o sustancias.
La mayoría de los cambios químicos
son irreversibles. Ejemplos: al quemar un papel no podemos obtenerlo
nuevamente a partir de las cenizas y los gases que se liberan en la combustión;
el cobre se oxida en presencia de oxígeno formando otra sustancia llamada óxido
de cobre. Sin embargo, hay otros cambios químicos en que la adición de otra
sustancia provoca la obtención de la sustancia original y en este caso se trata
de un cambio químico reversible; así, pues, para provocar un cambio
químico reversible hay que provocar otro cambio químico.
Cambios de estados físicos
La materia cambia de estado físico
según se le aplique calor o se le aplique frío.
Cuando se aplica calor a los cuerpos
se habla de Cambios de estado Progresivos de la materia. Cuando los cuerpos
se enfrían se habla de Cambios de estado Regresivos.
Los cambios de estado progresivos
son:
• Sublimación Progresiva
• Fusión
• Evaporación
1. Sublimación progresiva: Este
cambio se produce cuando un cuerpo pasa del estado sólido al gaseoso
directamente. La sublimación progresiva sólo ocurre en algunas
sustancias, como, el yodo y la naftalina.
2. Fusión. Es el paso de una
sustancia, del estado sólido al líquido por la acción del calor. La
temperatura a la que se produce la fusión es característica de cada
sustancia. Por ejemplo la temperatura a la que ocurre la fusión del hielo
es O° C mientras la del hierro es de 1.525° C. La temperatura constante a la que
ocurre la fusión se denomina punto de fusión.
3. Evaporación. Es el paso de
una sustancia desde el estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado ocurre
normalmente a la temperatura ambiente, y sin necesidad de aplicar calor. Bajo
esas condiciones, sólo las partículas de la superficie del líquido pasarán al
estado gaseoso, mientras que aquéllas que están más abajo seguirán en el estado
inicial. Sin embargo, si se aplica mayor calor, tanto las partículas de la
superficie como las del interior del líquido podrán pasar al estado
gaseoso. El cambio de estado así producido se denomina ebullición.
La temperatura que cada sustancia necesita para alcanzar la ebullición es
característica, y se denomina punto de ebullición. Por ejemplo, al
nivel del mar el alcohol tiene un punto de ebullición de 78,5° C y el agua de
100°C.
La temperatura a la que ocurre la
fusión o la ebullición de una sustancia es un valor constante, es independiente
de la cantidad de sustancia y no varía aún cuando ésta continúe calentándose.
El punto de fusión y el punto de
ebullición pueden considerarse como las huellas digitales de una sustancia,
puesto que corresponden a valores característicos, propios de cada una y
permiten su identificación.
|
Sustancia |
Punto de fusión (ºC) |
Punto de ebullición (ºC) |
|
Agua
(sustancia) |
0 |
100 |
|
Alcohol
(sustancia) |
-117 |
78 |
|
Hierro
(elemento) |
1.539 |
2.750 |
|
Cobre
(elemento) |
1.083 |
2.600 |
|
Aluminio
(elemento) |
660 |
2.400 |
|
Plomo
(elemento) |
328 |
1.750 |
|
Mercurio
(elemento) |
-39 |
357 |
|
|
|
|
Los cambios de estado regresivos de la materia son:
• Sublimación regresiva
• Solidificación
• Condensación
1. Sublimación regresiva. Es
el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida,
sin pasar por el estado líquido.
2. Solidificación. Es el paso
de una sustancia desde el estado líquido al sólido. Este proceso ocurre a
una temperatura característica para cada sustancia denominada punto de
solidificación y que coincide con su punto de fusión.
3. Condensación. Es el cambio
de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado gaseoso al estado
líquido. La temperatura a que ocurre esta transformación se llama punto de
condensación y corresponde al punto de ebullición de dicha sustancia. Este
cambio de estado es uno de los más aprovechados por el hombre en la destilación
fraccionada del petróleo, mediante la cual se obtienen los derivados como la
parafina, bencina y gas de cañería.
Actividad No 3
Con la ayuda de la guía vas a desarrollar
en el cuaderno las siguientes preguntas:
1. Define y da 10 ejemplos de
materia.
2. Busque en el diccionario los
siguientes términos: ion, Átomo, sustancia, elemento, molécula y compuesto
3. Explique las propiedades de la
materia y de ejemplos (mínimo dos ejemplos de cada propiedad)
4. Con ejemplos explique los cambios
de estados de la materia.
5. Nombre las características de
cada uno de los estados de la materia.
6. Defina las mezclas y los tipos de
mezclas que hay de ejemplos.
7. Que diferencia encuentra entre:
a. Propiedades físicas y propiedades
químicas.
b. Cambio reversible e irreversible
8. ¿Qué es una estructura cristalina?
