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INTRODUCCION
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MATERIA Y ENERGIA
Materia y energía son los dos pilares en los que descansa el universo.
Materia es la sustancia, lo palpable; energía es el motor de dicha
sustancia
Definición: Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el
espacio
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.
1. Sustancias Puras: Formadas por un solo tipo de sustancia, poseen
una composición fija o definida en los diferentes estados físicos de la
materia (Líquido, sólido y gaseoso), presentan propiedades
características, como la temperatura de ebullición (específica y
constante) o la densidad. Estas pueden ser, los elementos y
compuestos químicos.
a) Elementos Químicos: Sustancias simples compuestas por un solo
tipo de partículas (átomos) y no se pueden descomponer en otras
sustancias más sencillas. Se representan mediante símbolos en la
tabla periódica (Figura 1), por ejemplo el Oxígeno (O), el Zinc (Zn),
el cobre (Cu), el carbono (C), el sodio (Na), entre otros.
Al unirse dos o más átomos iguales, éstos formarán moléculas, tales
como el Ozono (O3) o el Nitrógeno gaseoso (N2).
b) Compuestos Químicos: Unión de dos o más sustancias (átomos)
diferentes, en cantidades fijas y exactas. Se pueden descomponer en
sustancias más simples a través de métodos químicos. Se representan
mediante fórmulas químicas que expresan las cantidades y tipos de
elementos químicos que los componen (Figura 2).
Iónicos
Este enlace se produce cuando átomos de
elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la
tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no
metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -
especialmente los períodos 16 y 17).
En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no
metal, transformándose eniones positivos y negativos, respectivamente
Covalentes
Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí
los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla
periódica -C, O, F, Cl, ...).
Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones
de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para
adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto,
los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar
iones de signo opuesto.
En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre
los dos átomos, uno procedente de cada átomo
2. Mezclas: Combinación de dos o más sustancias puras, que pueden
estar en cantidades variables conservando sus propiedades
individuales. Sus componentes pueden ser separados u obtenidos
mediante métodos físicos. Se clasifican en Mezclas Homogéneas y
Mezclas Heterogéneas.
a) Mezclas Homogéneas: Son mezclas cuyos componentes se
encuentran distribuidos de manera uniforme o en una fase y no se
pueden distinguir a simple vista. Se denominan también Diluciones
Químicas, ya que se encuentran formadas por soluto (que está en
menor proporción) y un disolvente (líquido mayoritariamente) que se
encuentra en mayor proporción en una solución. Ejemplos: El
vinagre (Solución líquida), el aire (solución gaseosa), el agua con sal
después de ser revuelto (solución líquida), el Acero (Solución
sólida), el agua potable (solución líquida), Jabón (Solución sólida),
entre otros. Figura 3.
b) Mezclas Heterogéneas: En ellas se pueden observar a simple vista o con
instrumentos de laboratorio los componentes que la constituyen, porque
estos se distribuyen en forma irregular o en fases (figura 4). Dentro de
éstas se encuentran los Coloides y las Suspensiones
Propiedades generales de la materia
Las propiedades generales de la materia se presentan tanto en la materia
como en los cuerpos que son porciones de la misma.
Si el color verde fuera propiedad general de la materia, todos los cuerpos
serían verdes; como no es así, el color verde únicamente es propiedad
específica de algunos cuerpos.
Las principales propiedades generales son:
· Extensión. Todos los cuerpos ocupan un lugar en el espacio. El lugar que
ocupa un cuerpo es su volumen.
· Impenetrabilidad. Como cada cuerpo ocupa un lugar en el espacio, su
lugar no puede ser ocupado al mismo tiempo por otro cuerpo.
· Inercia. Consiste en la tendencia que tienen los cuerpos de continuar en su
estado de reposo o movimiento en que se encuentran si no hay una fuerza
que los cambie.
· Masa. Es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera, la
masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o en otro
planeta.
· Peso. Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los cuerpos. En los
lugares donde la fuerza de gravedad es menor, por ejemplo, en una
montaña o en la Luna, el peso de los cuerpos disminuye.
· Divisibilidad. Es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de poder
dividirse en pedazos más pequeños, hasta llegar a las moléculas y los
átomos.
· Porosidad. Como los cuerpos están formados por partículas diminutas,
éstas dejan entre sí espacios vacíos llamados poros.
· Elasticidad. Propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su forma cuando
se les aplica una fuerza adecuada y de recobrar la forma original cuando se
suspende la acción de la fuerza. La elasticidad tiene un límite, si se
sobrepasa el cuerpo sufre una deformación permanente o se rompe. Hay
cuerpos especiales en los cuales se nota esta propiedad, como en una liga,
en la hoja de un cuchillo; en otros, la elasticidad se manifiesta poco, como
en el vidrio o en la porcelana.
Propiedades particulares
Son las que tienen determinadas clases de materia, entre ellas tenemos las
siguientes:
· Dureza. Es la resistencia que opone un cuerpo al corte, a la penetración y
a ser rayado. La materia más dura que se conoce es el diamante. Son muy
blandos la cera, el jabón, etcétera.
· Tenacidad. Es la resistencia que ofrece un cuerpo a romperse o a
deformarse cuando se le golpea. Lo contrario a la tenacidad es la fragilidad.
El acero es tenaz y el vidrio es frágil.
· Ductilidad. Es la propiedad que tienen algunas materias, principalmente
los metales, de estirarse para formar hilos o alambres.
Se elaboran alambres de hierro, cobre, aluminio. El oro y la plata son de los
más dúctiles porque con ellos se obtienen los hilos más delgados.
· Maleabilidad. Consiste en la facilidad que tienen algunas materias para
extenderse en láminas. Los metales son maleables. Se hacen láminas de
hierro, zinc, estaño, etc. El oro es el más maleable, sus láminas pueden ser
tan delgadas que son transparentes y flotan en el aire.
Propiedades específicas
Las propiedades específicas de algunas sustancias sirven para distinguir
unas sustancias de otras. Propiedades especificas son el color, el brillo, el
sabor, el olor, el punto de ebullición, el peso específico, etcétera.
La naftalina se reconoce por su color blanco y su olor característico. El
azúcar, por su color blanco y su sabor dulce. El agua tiene como
propiedades específicas el hervir a los 100° C, y un peso específico de un
gramo por cada centímetro cúbico de volumen. El alcohol se distingue por
su olor, su punto de ebullición que es de 72° C y su peso específico que es
menor al del agua.
Peso específico. Es el peso en gramos de un centímetro cúbico de una
sustancia
CAMBIOS FÍSICOS:
Son aquellos cuando la materia NO cambia en su estructura, ni su
composición; es decir solo cambia su tamaño, su forma, su posición o su
estado de agregación, ocurre un cambio físico. Por ejemplo la
solidificación del agua: al bajar su temperatura a cero grados centígrados,
ésta se congela y forma hielo, pasa del estado líquido al estado sólido, pero
sigue siendo agua.
Son ejemplos de cambios físicos de la materia: la evaporación del agua
hacer leña de un árbol
cortar un papel
hacer una vasija de barro
rodar un balón
la sublimación del iodo
la fusión del cobre
CAMBIOS QUÍMICOS:
Son aquellos cuando la materia cambia en su composición y propiedades es
un cambio químico; es decir las sustancias iniciales se transforman y no se
parecen a las sustancias obtenidas después del cambio ocurre un cambio
químico, por ejemplo la fermentación del jugo de la uva produce el vino: el
jugo de uva es muy dulce y rico en glucosa, una vez fermentado se obtiene
alcohol etílico, que es una sustancias con diferentes propiedades a la
glucosa que es un azúcar.Son ejemplos de cambios químicos:
las combustiones
las oxidaciones de los metales
la fotosíntesis
la putrefacción
la respiración
CAMBIOS NUCLEARES:
Son aquellos que implican la transformación de los átomos, implican una
gran cantidad de energía
Estados de la materia
La materia se presenta en tres estados o formas de
agregación: sólido, líquido y gaseoso.
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas
sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el
caso del agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los
metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en
estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por
la rigidez y regularidad de sus estructuras.
Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad
de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son
características de los líquidos.
Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy
característica la gran variación de volumen que experimentan al
cambiar las condiciones de temperatura y presión.
LA ENERGÍA
Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales
se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas
tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso
de la energía.
La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se
manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.
La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un
objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar
un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente
eléctrica
Albert Einstein es quizás el científico más famoso del siglo XX. Una de
sus teorías más conocidas es la fórmula E=mc2.
Calor
El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre
diferentescuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran
a distintastemperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el
término calor significa simplemente transferencia de energía. Este flujo de
energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el
cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos
cuerpos se encuentren en equilibrio térmico(ejemplo: una bebida fría
dejada en una habitación se entibia).
Las unidades más habituales de calor específico son J / (kg · K) y cal / (g ·
°C).
El calor específico de un material depende de su temperatura; no obstante,
en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede
considerarse que el calor específico es constante. Asimismo, también se
diferencia del proceso que se lleve a cabo, distinguiéndose especialmente el
"calor específico a presión constante" (en un proceso isobárico) y "calor
específico a volumen constante (en un proceso isocórico).
De esta forma, y recordando la definición de caloría, se tiene que
el calor específico del agua es aproximadamente: