Para poder entender las características y propiedades de la materia y los estados en los que esta se presenta los científicos utilizan modelos científicos. Veremos a continuación cuál es el modelo utilizado en química. La Ciencia usa modelos científicos
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| I EL MUNDO QUE NOS RODEA 1 - Introducción Vivimos en un mundo complejo donde la diversidad de materiales que nos rodea es cada vez mayor. ¿Pero de qué estamos hablando? ¿De qué están hechos estos materiales? ¿Por qué algunos son sólidos, otros son líquidos y otros gaseosos? ¿Por qué algunos se disuelven en agua y otros no? ¿De qué factores dependen las propiedades de los materiales? ¿Todas las propiedades tienen la misma importancia? Estas son sólo algunas de las preguntas cuyas respuestas encontrarás en estos módulos. c – Materia y energía Generalmente aceptamos que todas las cosas se pueden clasificar en materia o energía. O son una mezcla de ambas. Tenemos innumerables ejemplos a nuestro alrededor que confirman esta idea: un vehículo en movimiento está formado por materia y posee energía cinética, el agua hirviendo tiene cierta masa y energía térmica, la roca sobre la cima de una colina tiene determinada masa y energía potencial. Albert Einstein (1879-1955), al proponer su famosa teoría de la relatividad, estableció la posibilidad de transformación de una en otra a través de la expresión E = m . c2 (donde E es energía, m es masa y c es la velocidad de la luz en el vacío, 300 000 km/s) La materia se transforma por efecto de la energía. Por ejemplo, la acción del calor sobre un trozo de hielo provoca que se derrita. La acción de los rayos del sol sobre el agua de los lagos provoca su evaporación. La acción del fuego sobre un papel, lo transforma en cenizas y gases. La energía se presenta en diversas formas y se obtiene de distintas fuentes. El principio de conservación establece que la energía no se crea ni se destruye, se transforma. En general se define energía como la capacidad de un cuerpo para realizar trabajo. En el siguiente cuadro te damos algunos ejemplos. Para poder entender las características y propiedades de la materia y los estados en los que esta se presenta los científicos utilizan modelos científicos. Veremos a continuación cuál es el modelo utilizado en química. La Ciencia usa MODELOS CIENTÍFICOS Vivimos en un mundo sumamente complejo. La ciencia intenta explicar cómo funciona. Para esto los científicos inventan modelos. Los modelos son descripciones idealizadas de la realidad. Un modelo puede ser una representación física, una descripción, un gráfico específico o bien una expresión matemática diseñada para explicar un determinado fenómeno o conjunto de fenómenos. A veces un modelo se usa para realizar un experimento de laboratorio, y en muchas otras el modelo es solamente teórico, como en el caso de los modelos atómicos (que describen la estructura de los átomos). En cualquier caso, para que sea un buen modelo, ya sea teórico o experimental, lo que se pretende es que permita hacer predicciones claras y precisas de un fenómeno. Así como una maqueta hecha por un arquitecto es un modelo del edificio que se va a construir, ya que representa algunas características del original como la forma o el color, pero omite otros como el tamaño o el funcionamiento, un modelo científico también tiene en cuenta solamente algunos aspectos del fenómeno que se quiere estudiar y excluye otros. Un modelo es siempre más simple que el fenómeno natural que describe, representa o simula ya que está basado en teorías y leyes científicas que son en realidad simplificaciones y generalizaciones del comportamiento de la naturaleza. Al crear un modelo, los científicos se basan en las leyes y teorías aceptadas en ese momento particular, y en su propia intuición. En el proceso de generación de un modelo se apela a la creatividad del científico. Este comienza a partir de sus observaciones, la búsqueda de analogías simples que permitan explicarlas y el diseño de experimentos que permitan corroborar las predicciones del modelo con los hechos de la realidad. Por lo tanto, los experimentos se usan, de esta manera, para responder preguntas atinentes a un problema y el éxito de un modelo científico depende de su capacidad para explicar y predecir fenómenos. La investigación científica progresa a medida que se desarrollan y perfeccionan dichos modelos. Ejemplos de modelos en ciencia: En Química: distintos modelos atómicos.   El modelo de partículas Para explicar cómo está formada la materia los científicos imaginaron un modelo basado en la hipótesis de que la materia está formada por partículas, es decir por partes muy pequeñitas. Este modelo sostiene una serie de ideas básicas. MODELO DE PARTICULAS Ideas básicas: Toda la materia está formada por partículas. Las partículas son extraordinariamente pequeñas. Entre las partículas hay fuerzas de atracción y repulsión. Veamos como podemos usar este modelo para explicar algunos temas como los estados de agregación o los cambios de estado. Tomemos por ejemplo un trozo de un metal, cobre, hierro, aluminio. Las partículas en ese trozo serán todas iguales entre sí. Los sólidos son incompresibles (no se pueden comprimir), rígidos. ¿Cómo explicamos esta característica con el modelo de partículas? Podemos suponer que están muy cerca unas de otras y en posiciones fijas. De esta manera sería muy difícil que pudieran moverse, sobre todo trasladarse, aunque quizás, si podrían tener movimiento de vibración o rotación en su lugar. ¿Qué enunciado del modelo de partículas podría explicar esta situación? Entre las partículas hay fuerzas de atracción y repulsión. En este caso serían fuerzas de atracción tan grandes que les impedirían separarse. ¿Y que pasará en las sustancias gaseosas? Es posible interpretar que, a diferencia de las de un sólido, las partículas de un gas están sumamente separadas y moviéndose al azar por todo el espacio que tienen disponible. Esto también podría deberse a la existencia de enormes fuerzas entre ellas, pero en este caso no serían de atracción sino de repulsión. ¿Cómo llegan los olores a nuestra nariz? Si una persona pasa cerca, se puede percibir el aroma del perfume que usa. Esto sucede porque las partículas de las sustancias volátiles que componen el perfume se mezclan con las partículas del aire, se mueven en todas direcciones y algunas o muchas llegan hasta nuestra nariz. ¿Qué pasará en los líquidos? Intentá explicar vos el comportamiento de las sustancias líquidas teniendo en cuenta lo dicho más arriba. d- El modelo cinético-molecular Así como las personas ingerimos alimentos para obtener de ellos la energía necesaria para hacer todas las actividades diarias, un cuerpo para moverse necesita gastar energía. La energía asociada al movimiento de los cuerpos se llama energía cinética. ¿En cuál de los estados de la materia, suponés que las partículas tendrán más energía cinética? Sí, en las sustancias gaseosas, ya que las partículas al ocupar todo el espacio disponible tienen que trasladarse (moverse) de un lugar a otro. En el estado sólido, las partículas no se desplazan y por lo tanto tienen una energía cinética mínima. Entonces, podemos decir que cuanta más energía cinética posean las partículas, mayor será el movimiento que tengan. Como el comportamiento de la materia está relacionado con su estructura, si se conoce su comportamiento se pueden hacer suposiciones sobre su constitución. En el siglo XX se propuso el modelo cinético-molecular, que intentaba explicar el comportamiento de los gases a partir de los siguientes supuestos: Un gas está formado por pequeñas partículas (moléculas) muy alejadas entre sí, entre las cuales sólo hay espacio vacío. Las partículas que forman un gas están en continuo movimiento. las moléculas de un gas chocan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. La presión que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente que lo contiene se debe a los choques de las moléculas contra las paredes de éste. La temperatura de un gas y su agitación térmica, consecuencia del continuo movimiento de sus partículas, están relacionadas. A mayor temperatura, la agitación térmica es mayor, y mayor es la energía cinética promedio de las partículas que forman el gas, por lo que las moléculas se mueven más rápidamente. Te proponemos experimentar un poco…. 1) Colocá unas gotas de tinta en un vaso de agua fría y al mismo tiempo repetí esta operación en un vaso con agua caliente. ¿Qué observás? ¿Cómo podrías explicarlo teniendo en cuenta el modelo cinético-molecular? 2) Colocá un globo (de los que usás en Carnaval) en la boca de una botella chica vacía. Sumergí la botella en un recipiente con agua caliente. ¿Qué observás? Sumergí la botella con el globo en un recipiente con agua fría. ¿Qué pasa ahora? ¿Por qué? 2 – LOS ESTADOS DE LA MATERIA De acuerdo a la teoría cinético-corpuscular*, existen entre las partículas fuerzas de atracción y fuerzas de repulsión. Según la magnitud de esa interacción y de la temperatura a la que se encuentra la materia, ésta se presenta en distintos estados de agregación: sólido, líquido o gaseoso. La presión también es un factor que se debe tener en cuenta para determinar el estado de agregación de un material. Existe un cuarto estado denominado plasma, del que no nos ocuparemos aquí. En general, a temperatura ambiente y presión atmosférica normal, los metales (salvo el mercurio, que es líquido) y las sustancias formadas por iones** se encuentran en estado sólido, mientras que las sustancias formadas por moléculas pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. * cinético corpuscular Suele hablarse de modelo cinético corpuscular en lugar de cinético molecular, porque cuando nos referimos a corpúsculo o partícula debemos tener en cuenta que éstas pueden ser moléculas, como en el caso del agua; átomos, como en el caso de los metales (aluminio) y algunos no metales (carbono) o iones como en el caso de sustancias iónicas (NaCl ,CaCl2). ** iones Son partículas que tienen carga eléctrica. Los que poseen carga positiva, se denominan cationes. Los que poseen carga negativa, se denominan aniones. a- El estado gaseoso En el estado gaseoso las partículas, generalmente moléculas, se encuentran en continuo movimiento y, al desplazarse, chocan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. Hay una propiedad que refleja la cantidad de choques que las partículas tienen contra las paredes del recipiente: la presión. Es decir, que a mayor cantidad de partículas dentro de un recipiente, mayor será la presión, ya que mayor será el número de choques de estas partículas contra las paredes del recipiente. Los choques entre las partículas, según el modelo cinético, son elásticos por lo que no hay pérdida de energía en ellos y no se tienen en cuenta para calcular la presión que el gas ejerce dentro del recipiente que lo contiene. La velocidad de las partículas de un gas es enorme y, cuando chocan, rebotan y vuelven a separarse. Al chocar se alejan lo más posible unas de otras, ya que prevalecen entre ellas las fuerzas de repulsión sobre las de atracción (cohesión). El movimiento en línea recta que poseen estas moléculas y que les permite desplazarse dentro del recipiente, se denomina traslación. Pero, además de trasladarse, las moléculas pueden rotar (rotación) y sus átomos pueden vibrar (vibración). Cuando se calienta un gas, su temperatura aumenta, y de manera proporcional aumenta la energía de sus partículas, y con ello la velocidad con que se trasladan sus moléculas, como así también la rapidez de rotación y la de vibración de los átomos. De esta manera los gases tienen la capacidad de fluir, es decir que sus moléculas se trasladen continuamente. La capacidad que tienen de fluir aumenta cuando se eleva la temperatura, ya que la energía cinética promedio (Hablamos de energía cinética promedio ya que es imposible medir la energía cinética de cada molécula particular) de las partículas del gas aumenta, el “gas” (sus moléculas) se traslada a mayor velocidad y, por lo tanto, fluye más. Cuando las moléculas chocan y se alejan, tienden a ocupar todo el espacio disponible, por eso los gases no poseen forma ni volumen propio, adoptan el volumen y la forma del recipiente que los contiene. Además, los gases tienen la propiedad de ser compresibles, esto se debe a que (siguiendo el modelo cinético), al estar las moléculas tan separadas unas de otras, es posible acercarlas y reducir el espacio vacío que hay entre ellas. Si las partículas se acercan lo suficiente, comienzan a prevalecer las fuerzas de atracción entre ellas y el gas se transforma en líquido. Al haber mucho espacio entre las moléculas que componen el aire puede comprimirse. Para comprobar si estás entendiendo te proponemos que contestes esta pregunta ¿Por qué los aerosoles explotan cuando se los arroja al fuego?. Las moléculas de una sustancia gaseosa se encuentran en continuo movimiento, chocando contra las paredes del recipiente y entre sí. Estos choques determinan una cierta presión. Si el recipiente es rígido, es decir que no puede cambiar su volumen, y se aumenta la temperatura, aumentará la energía cinética de las moléculas y, por lo tanto, se moverán con mayor velocidad y chocarán con mayor frecuencia contra las paredes. Por lo tanto, aumentará la presión que el gas ejerce dentro del recipiente. Si esta presión es mayor que la que el recipiente puede soportar, explotará. b- El estado líquido Recordemos la idea propuesta por Tales: el agua como “elemento” constitutivo de todos los materiales del universo. ¿Por qué podríamos pensar que esto es así? Algunos datos que apoyarían esta idea son: las tres cuartas partes de la superficie terrestre están cubiertas por agua, los seres humanos estamos formados por aproximadamente 60% de agua. Sin embargo, sabemos que el agua no es el único líquido en la Tierra, existen muchas otras sustancias en este estado y todos los líquidos presentan características similares. No tienen forma definida, adoptan la forma del recipiente que los contiene. Por ejemplo cuando pasamos el líquido contenido en una jarra a un botella. Primero el líquido tiene la forma de la jarra y luego adopta la del botella. Muchos artículos de limpieza vienen en envase económico, tipo sachet y cuando pasamos el líquido a la botella, adquieren la forma de este nuevo envase. En pequeñas cantidades adoptan forma esférica (gotas). Esto se debe a la atracción que existe entre las moléculas del líquido. En el mercurio la fuerza de atracción es muy fuerte, seguramente habrás visto las gotitas que se forman sobre el piso cuando se rompe un termómetro. El mercurio es tóxico, no se debe manipular sin la protección adecuada. La fuerza de atracción entre las moléculas de la superficie de los líquidos puede ser tan grande que permite que pequeños insectos se posen sobre ella sin hundirse. Esta fuerza se conoce como tensión superficial. Tienen un volumen definido. Las partículas están mucho más lejos unas de otras que en el estado sólido, ya que existe un cierto equilibrio entre las fuerzas de repulsión y atracción entre ellas, pero no tanto como en el estado gaseoso. Las moléculas pueden trasladarse y rotar, y los átomos que las forman pueden vibrar. El movimiento de traslación de las partículas en los líquidos permite explicar su capacidad de fluir. El pequeño espacio que existe entre las moléculas es suficiente para que puedan deslizarse y tomar la forma del recipiente que los contiene. La cercanía entre las partículas es la responsable de que sean prácticamente incompresibles. No hay espacio suficiente entre las moléculas como para que se observe una disminución del volumen al comprimir un líquido.  Cuando se aplica una fuerza sobre el émbolo de una jeringa llena con agua, no puede apreciarse una variación de volumen, en cambio sí se observa una variación apreciable cuando el contenido es aire. c- El estado sólido Los sólidos pueden considerarse formados por pequeñas partículas esféricas entre las cuales las fuerzas de atracción son mayores a las de repulsión. Generalmente se encuentran ordenadas formando un conjunto compacto. De esta manera se puede explicar que los cuerpos sólidos tengan forma y volumen propio. Estas partículas no poseen movimiento de traslación; solamente pueden vibrar en posiciones relativamente fijas. Como su movimiento está tan restringido, esto permite entender por qué los sólidos no son capaces de fluir. [Atención: no confundir la fluidez del material con que pueda “correr” como sería en el caso de los granos -sal o azúcar-] Los sólidos son incompresibles, ya que entre las partículas no existe espacio vacío para poder acercarlas. Si bien los sólidos se caracterizan porque las partículas forman un agrupamiento compacto, en algunos casos las partículas no están ordenadas. Esto permite hacer una clasificación de los sólidos en dos tipos: sólidos cristalinos y sólidos amorfos. En los sólidos cristalinos* las partículas se disponen en forma ordenada, mientras que en los sólidos amorfos** no, es decir, la distribución es al azar. *Sólidos cristalinos: las partículas que constituyen estos sólidos pueden ser moléculas, como en el caso del azúcar, o iones, como en el de la sal. En cualquiera de ellos, dichas partículas se disponen formando cuerpos con formas geométricas definidas, llamadas cristales. **Sólidos amorfos: el vidrio y algunos plásticos son sólidos amorfos; en ellos el orden no existe y, por lo tanto, no forman cristales. d- Los cambios de estado Toda sustancia que se encuentra en un estado de agregación (sólido, líquido o gaseoso) puede cambiar a otro si se dan las condiciones adecuadas. Por ejemplo si tenemos un trozo de hielo (agua en estado sólido) en un recipiente y lo dejamos el tiempo suficiente a una temperatura adecuada (más de 0 °C) tendremos agua en estado líquido, si lo seguimos calentando hasta que llega a hervir obtendremos agua en estado de vapor. Lo mismo ocurriría con un trozo de hierro si se calienta lo suficiente. Se puede decir que los cambios de estado, desde un punto de vista energético, se dan cuando un sistema absorbe o libera energía, generalmente en forma de calor.  Veamos que sucede con la energía absorbida o liberada y el movimiento de las partículas.  Por ejemplo, cuando un sólido absorbe calor, va aumentando la energía cinética de las partículas que lo forman hasta que se llega a vencer la fuerza de atracción entre ellas y se rompe la estructura cristalina (si es un sólido cristalino), pasando al estado líquido. Si se sigue calentando, es decir entregando energía al líquido, la energía cinética de las moléculas sigue aumentando hasta el punto de vencer por completo las fuerzas de atracción entre ellas y la sustancia pasa al estado gaseoso. Si el proceso ocurre en sentido inverso, es decir el sistema libera energía, pierde calor y se enfría, entonces las partículas tienen cada vez menos energía cinética y las fuerzas de atracción adquieren cada vez mayor influencia. Cada uno de estos cambios de estado tiene un nombre particular:  * El proceso de vaporización se puede dar de dos maneras distintas, por evaporación o por ebullición, dependiendo si sólo se trata de un fenómeno superficial (como cuando se evapora el agua de un charco por el calor del sol) o de uno que involucra a toda la masa de líquido (como cuando hierve el agua en una olla al cocinar). ** El término licuación se utiliza cuando una sustancia que es gaseosa a temperatura ambiente, por compresión se lleva al estado líquido. Por ejemplo: oxígeno o nitrógeno líquido, gas licuado. El término condensación se utiliza cuando una sustancia a temperatura ambiente es líquida y por algún motivo se encuentra en estado de vapor, entonces al enfriarse, decimos que condensa. Por ejemplo el agua del aire que condensa sobre los vidrios fríos en invierno o el vapor de agua que condensa sobre los azulejos o el espejo en el baño. Apliquemos lo visto en un par de casos conocidos e interesantes: La naftalina y el hielo seco. a) Explicá con tus palabras los cambios de estado de estos materiales. b) ¿Cuáles son los beneficios en nuestra vida cotidiana de estos cambios? La naftalina y el hielo seco Tanto la naftalina como el hielo seco a la presión atmosférica normal pasan del estado sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Esta propiedad es útil ya que se puede poner naftalina en los placares para matar polillas sin que moje la ropa. El hielo seco es en realidad dióxido de carbono sólido (CO2) y se utiliza en las heladeras de los vendedores ambulantes de helado. La ventaja es que sirve para mantener los helados fríos y sin que se mojen, lo que sucedería (al derretirse) si se colocara hielo común. Para resumir, El estado de agregación de una sustancia depende de: las características propias de la sustancia la temperatura a la cual se encuentra la presión a la cual está sometida 3 – SISTEMAS MATERIALES a- Concepto Se llama sistema material a cualquier porción del universo que se aísla real o imaginariamente para su estudio. Por ejemplo un sistema puede ser un vaso con agua salada y arena o simplemente el agua y la arena contenida en el vaso. b- Clasificación Veamos con un cuadro una posible clasificación de los sistemas materiales, quizás la más usada.  En el siguiente cuadro ampliamos la información del anterior esquema con definiciones sencillas y ejemplos. Sistema Material Cuerpo o conjuntos de cuerpos que se aísla real o imaginariamente para su estudio. Sustancia Pura Sistema homogéneo que no se puede fraccionar con procedimientos físicos. Sustancia Pura Simple Sustancia pura que no se puede descomponer en otras. Está formada por moléculas constituidas por uno o más átomos del mismo elemento. Sustancia PuraCompuesta Sustancia pura que se puede descomponer en otras. Está formada por partículas constituidas por dos o más átomos distintos. Sistema Homogéneo Sistema formado por una sola fase (monofásico). Fase: Es una porción de materia con las mismas propiedades intensivas. Solución Sistema homogéneo constituido por dos o más componentes. Soluto Sustancia en menor cantidad dentro de la solución. Tiene la propiedad de disolverse. Solvente Sustancia cuyo estado físico es el mismo que el que presenta la solución. Tiene la propiedad de disolver. Sistema Heterogéneo Es un sistema formado por dos o más fases. Las propiedades intensivas varían dentro del sistema.(vaso de agua y aceite,vaso de agua y tierra.) Dispersión Grosera Sistemas heterogéneos visibles a simple vista. Trozos de distintos metales (aluminio, plomo,estaño). Dispersión Fina Sistema heterogéneo visible al microscopio. Ejemplo: humo Suspensiones Dispersiones finas donde la fase dispersante es líquida y la fase dispersa sólida.Ejemplo: glóbulos rojos Emulsiones Dispersiones finas con ambas fases líquidas. Ej. mayonesa Dispersión Coloidal Sistema heterogéneo no visible al microscopio, pero sí al ultramicroscopio. De los sistemas mencionados en el cuadro, nos ocuparemos en profundidad sólo de los sistemas homogéneos. Además de la clasificación presentada en el cuadro anterior, hay otra muy utilizada y consiste en dividir los sistemas materiales en sustancias y mezclas  Antes de definir ambos términos te proponemos una primera aproximación a estos conceptos, a través de un dibujo que representa cómo se vería una sustancia y una mezcla a nivel molecular, en la siguiente figura.  En el cuadro anterior nombramos a las sustancias puras como simples o compuestas siendo ambas homogéneas. Pero en una forma más específica denominamos sustancia a toda forma de la materia que tiene una composición definida y constante, y cuyas propiedades intensivas son características. El tipo o clase de partículas que forman las sustancias determinan sus propiedades. Estas partículas, como ya vimos en el cuadro Materia y Energía, pueden ser átomos, moléculas o iones. Se puede identificar una sustancia por medio de una fórmula. En la fórmula se indican con símbolos los elementos que la forman, y con números (como subíndices) la cantidad de átomos de cada uno de ellos. Alguna vez habrás visto la fórmula química del agua, H2O (cada molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno, H, y un átomo de oxígeno, O) o la del amoníaco en los envases de limpieza, NH3 (cada molécula de amoníaco está formada por un átomo de nitrógeno, N, y tres átomos de hidrógeno, H) o la de glucosa, C6H12O6, (cada molécula está formada por 6 átomos de carbono, C, 12 átomos de hidrógeno, H y 6 átomos de oxígeno, O). Consideramos que una sustancia es pura cuando todas las partículas que la forman (átomos, moléculas o iones) son iguales, es decir, todas las partículas son del mismo tipo. Por ejemplo un clavo de hierro, está formado únicamente por átomos de hierro (Fe), el agua destilada está formada sólo por moléculas de agua. Otros ejemplos son: la sal (cloruro de sodio, NaCl), el sulfato ferroso que se le adiciona a algunos tipos de leche (FeSO4), y muchos más. Entre paréntesis se han colocado los símbolos químicos y las fórmulas de las sustancias para que te vayas familiarizando con ellos. Recordemos los conceptos de materia y propiedades intensivas y extensivas: Materia: Es todo lo que posee peso, ocupa un lugar en el espacio, e impresiona nuestros sentidos. Propiedades intensivas y extensivas Las sustancias tienen una particularidad importante y es que tienen algunas propiedades constantes y características. Las propiedades de las sustancias se pueden clasificar en intensivas o extensivas. Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de materia considerada. Debido a esa “constancia” a las propiedades intensivas de las sustancias también se las llama constantes físicas. Son por ejemplo, la temperatura a la que se congelan (Temperatura o punto de fusión), la temperatura a la que hierven (temperatura o punto de ebullición) y la densidad. Estas son las propiedades que nos permiten reconocer una sustancia. Por ejemplo, consideremos dos recipientes, en uno colocamos 1litro de agua y en otro 2 litros de agua. Si medimos la densidad, en ambos casos será la misma, aproximadamente 1 g/ml. Lo mismo ocurre si medimos la temperatura de ebullición, que será en ambos recipientes 100 °C, si la presión atmosférica es de 1 atm. Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada. Ejemplos de estas propiedades (pero no los únicos) son: el peso, el volumen, la longitud y la superficie. El agua, el hidrógeno, el hierro, el cloruro de sodio (sal) son sustancias. Pero a su vez pueden clasificarse teniendo en cuenta los elementos que las constituyen. Cuando están formadas por un solo elemento, se las clasifica como sustancias simples. Cuando están formadas por más de un elemento, se las denomina sustancias compuestas o simplemente compuestos. Por lo tanto, al primer grupo pertenecen el hidrógeno (H2) y el hierro (Fe). Mientras que al segundo grupo el agua (H2O) y la sal (NaCl). Importante: una molécula puede estar formada por varios átomos, pero se clasifica como simple siempre que esos átomos sean del mismo elemento: N2 (nitrógeno), O3 (ozono), P4 (fósforo). ¿Cómo saber si una sustancia está formada por átomos iguales o distintos? Si tenemos la fórmula escrita, fácilmente se pueden identificar los distintos símbolos y establecer que es compuesta o por el contrario, si hay un solo símbolo, decir que es simple. Pero si tenemos una sustancia desconocida en el laboratorio que debemos clasificar se pueden realizar distintos experimentos para determinar si es simple o compuesta. Para completar esta clasificación, veamos ahora a qué llamamos mezclas. Las mezclas son sistemas formados por dos o más sustancias. A estas sustancias que forman la mezcla se las denomina componentes. Cada uno de los componentes conserva sus propiedades características y puede separarse del resto de los componentes de la mezcla por métodos físicos. Esta facilidad de separar los componentes de una mezcla es lo que las diferencia de un compuesto. Cuando dos sustancias se combinan químicamente para formar un compuesto, éste adquiere propiedades que son diferentes de las sustancias originales. Por otro lado, los compuestos tienen una composición fija, como vimos anteriormente, mientras que las mezclas tienen una composición variable. Existen dos tipos de mezclas. Una, en la que podemos distinguir con facilidad la presencia de distintos componentes, a las que llamamos heterogéneas. Por ejemplo, agua y aceite. Otras donde esa diferencia no es posible, y llamamos homogéneas. Por ejemplo, agua salada. 4 - PROPIEDADES DE LA MATERIA: DENSIDAD Las propiedades de la materia pueden clasificarse en intensivas (no dependen de la cantidad de materia) y extensivas (dependen de la cantidad de materia). Entre las primeras podemos mencionar el punto de ebullición, el punto de fusión, la densidad, el índice de refracción, etc. Estas sirven para identificar los distintos materiales y se las suele llamar constantes físicas. Entre las segundas, están el peso, el volumen y la superficie. Nos ocuparemos especialmente de una de ellas, la densidad. Otro poquito de historia… Más o menos 250 antes de Cristo, el matemático griego Arquímedes recibió la tarea de determinar si un artesano había engañado al Rey de Siracusa cambiando una porción de oro en la corona del Rey por una de plata. Arquímedes reflexionó sobre el problema mientras se bañaba. Ahí se dio cuenta que el agua se desparramaba a los lados de la bañera y que la cantidad de agua que se desparramaba era igual en volumen al espacio que ocupaba su cuerpo. De repente este hecho le dio una idea para diferenciar una corona de oro y plata de una corona de puro oro. La leyenda dice que Arquímedes estaba tan entusiasmado con su descubrimiento que corrió desnudo por las calles de Atenas gritando Eureka! Eureka! (Palabra griega que significa 'Lo encontré'). ¿Cómo solucionó este problema? Arquímedes puso dos objetos de igual peso, la corona que hizo el artesano y un trozo de oro puro en sendos recipientes con agua. La cantidad de agua desalojada por la corona fue mayor que la desalojada por el trozo de oro. De esta manera pudo comprobar que la corona no era de oro puro. ¿Cómo llegó a esta conclusión? Si los dos objetos hubieran sido del mismo material, habrían desalojado la misma cantidad de agua ya que tenían el mismo peso. Arquímedes había usado el concepto de densidad para exponer este fraude. La densidad es una propiedad física de la materia que describe cuán unidas están las partículas de un material. Mientras más unidas están las partículas individuales de un material, más denso es el mismo. Por ejemplo, ¿cómo distinguir 100 kilogramos de plumas de 100 kilogramos de ladrillos si no pueden ser vistas? Cien kilogramos de plumas o ladrillos tienen una masa idéntica de 100 kilogramos. Sin embargo, 100 kilogramos de plumas ocupan un volumen de casi 40 millones cm3, mientras que 100 kilogramos de ladrillos ocupa solo 50000 cm3. Los ladrillos son más densos que las plumas porque la misma cantidad de masa está contenida en un volumen más pequeño Si deseamos identificar una sustancia, debemos encontrar propiedades que la caractericen. Una propiedad que cumple con este requisito es la densidad. Si cortamos un fragmento de varilla de aluminio en porciones de igual volumen, por ejemplo 1 cm3, y las pesamos en una balanza, hallamos que todos tienen la misma masa, sin importar de que parte de la varilla tomamos la muestra. ¿Qué sucede, si tomamos muchas muestras de 1cm3 de un recipiente con agua? Nos encontramos con que cada centímetro cúbico de agua tiene la misma masa. Al comparar 1 cm3 de aluminio con 1 cm3 de agua, vemos que el volumen ocupado es el mismo, pero la masa es diferente. En el caso del agua, 1 cm3 tiene una masa de 1 g, mientras que 1 cm3 de aluminio tiene una masa de 2,70 g. Veamos otro ejemplo. Tenemos tres cubos que tienen un volumen de 10 cm3 cada uno y los llenamos con diferentes líquidos. Si medimos sus masas veremos que son diferentes.  Es decir, las masas de volúmenes iguales de distintas sustancias son diferentes. Entonces, podemos afirmar que la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, es una propiedad que nos permitiría (en una primera aproximación) distinguir entre distintas sustancias. Llamamos densidad a la masa de la unidad de volumen de un material. En la práctica podemos hallar la densidad de una sustancia dividiendo la masa por el volumen. Por ejemplo: el mercurio tiene una densidad de 13,6 g/cm3 y el aceite de oliva tiene una densidad de 0,92 g/cm3. La fórmula para calcular la densidad se puede escribir de la siguiente manera:  La densidad es una propiedad de los materiales. Si partimos por la mitad un trozo de tiza, cada uno tiene la mitad de la masa y la mitad del volumen del pedazo inicial, y de esta forma el cociente entre la masa y el volumen de cualquiera de los fragmentos es el mismo que el del pedazo original.  La densidad de un material, no depende de la cantidad de masa presente. Esto se debe a que el volumen aumenta o disminuye simultáneamente con la variación de la masa, de tal manera que la relación de las dos cantidades permanece sin cambio para un material determinado. En consecuencia la densidad es una propiedad intensiva. b- Unidades:  El oro es un metal precioso, químicamente inerte. Un lingote del mismo tiene una masa de 301 g y su volumen es de 15,6 cm3. Calcular la densidad del oro.  |
