jueves, 21 de julio de 2016

Clasificación de la materia

De una manera tradicional se acostumbra definir a la materia como todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. En esta sencilla descripción se destacan dos aspectos importantes: la materia posee masa y ademas ocupa un lugar en el espacio, en otras palabras la materia es todo cuanto existe en el universo.

La materia se puede clasificar en sustancias puras y mezclas.

Sustancia Pura: es una sustancia química particular compuesta de la misma clase de materia, con partículas del mismo tipo en toda su extensión . Las sustancias puras tienen propiedades definidas y una composición que no varia de una muestra a otra. Las sustancias puras pueden ser un elemento o un compuesto.

Elemento: Son las sustancias fundamentales a partir de la cuales se construyen todas las cosas materiales. Los elementos no pueden descomponerse en otras sustancias más sencillas mediante Cambios Químicos. La partícula más pequeña que conserva las propiedades del elemento es un átomo.

Compuesto: Son sustancias puras constituidas por dos o más elementos combinados químicamente en proporciones constantes o fijas. Los compuestos están constituidos por elementos de dos o mas tipos. Cada compuesto tiene una fórmula química que indica las proporciones en que se combina cada elemento. Las propiedades de los compuestos son diferentes de las propiedades de los elementos individuales que los forman.

Mezclas: casi toda la materia que nos rodea consiste en mezclas de sustancias. Las mezclas resultan de la combinación de dos o mas sustancias. Las mezclas resultan resultan de la combinación de dos o mas sustancias puras en las que cada sustancia conserva su composición propia y sus propiedades. El tipo de mezcla que se distingue con mas facilidad es aquella en la que porciones distintas de muestra tienen propiedades diferentes distinguibles.

La mezcla Heterogénea: esta mezcla, no es uniforme en todas sus partes; la composición de una zona (o fase) difiere de la composición de otra zona ( o fase).

La mezcla Homogénea: tiene propiedades uniformes en todas sus partes y también recibe el nombre de solución; su composición y su apariencia son uniformes.

A continuación se presenta un esquema visual sobre la clasificación de la materia, da clic sobre la imagen para ampliarla.


Tipos de mezclas

Las mezclas, de acuerdo con sus características, reciben el nombre de disoluciones, coloides y suspensiones.  En las mezclas se pueden distinguir por lo menos dos fases: una de ellas consiste en una sustancia que se encuentra en menor proporción y recibe el nombre de soluto, que se dispersa en otra sustancia que esta en mayor proporción y a la que se le llama solvente, disolvente o dispersante.

Las características particulares de las disoluciones, coloides y suspensiones dependen del tamaño de las partículas del soluto.  Las disoluciones o soluciones son perfectamente homogéneas a simple vista, es decir que se distingue como una única fase, por tanto el tamaño de las partículas es del orden molecular o nanométrico.

Los coloides son perfectamente homogéneas a simple vista, pero si se hace pasar un rayo de luz intensa a través de ellas, aparece una estela luminosa, es decir dispersan la luz, por tanto el tamaño de las partículas disueltas es mayor que en las disoluciones.

Las suspensiones o emulsiones después de agitarse son homogéneas a simple vista, pero heterogéneas al microscopio, sin embargo, un simple reposo basta para separar los componentes de mezcla y de esta manera obtener una mezcla heterogénea.


Métodos de separación de mezclas

Un proceso de separación es el que se lleva a cabo cuando se trata una mezcla para obtener ya sea cada uno de sus componentes, o mezclas más sencillas de algunos de éstos.







martes, 19 de julio de 2016

Estados de la materia


Para cualquier muestra de materia, sea como sustancia pura o mezcla, si se modifica su temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases, denominados estados de agregación de la materia. 

Los estados de la materia poseen propiedades y características diferentes entre ellos, de acuerdo a estas características se pueden clasificar en cuatro: estado sólido, líquido, gaseoso y plasmático. Existen otros estados que no se encuentran de forma natural, entre ellos encontramos: condensado de Bose-Einstein, el plasma de quark-gluón, el condensado fermiónico y estrellas de neutrones. 


Estado sólido.   

En el estado sólido, las sustancias son rígidas y tienen forma definida y el volumen de los sólidos no cambia mucho con los cambios de temperatura y presión. En los sólidos cristalinos, las partículas individuales que los componen ocupan posiciones definidas en la estructura cristalina. La fuerza de las interacciones entre las partículas individuales determina la dureza y la resistencia de los cristales.

Estado líquido 

En el estado líquido, las partículas individuales se encuentran confinadas a un volumen dado. Un líquido fluye y toma la forma del recipiente que lo contiene debido a que sus moléculas están orientadas al azar. Los líquidos son muy difíciles de comprimir porque sus moléculas están muy cerca una de la otra.

Estado gaseoso


Los gases son mucho menos densos que los líquidos y sólidos. Ocupan todo el volumen disponible en que están confinados. Los gases pueden expandirse en forma infinita y se comprimen con facilidad. Concluimos que consisten principalmente de espacio vació, es decir, que sus partículas individuales se encuentran muy separadas.

Estado plasmático.


El plasma, el cuarto estado de la materia, de acuerdo con las investigaciones científicas, el mas abundante en el universo, puesto que ocupa aproximadamente el 99% del mismo. Las estrellas, nuestro sol y el polvo interestelar.

El plasma se describe como una especie de gas ionizada, en el cual las partículas subátomicas se mueven casi con entera libertad. A diferencia de los gases fríos, como el aire a temperatura ambiente, es un excelente conductor de la electricidad y también es fuertemente influido por los campos magnéticos. De hecho como el plasma no puede ser contenido en ningún recipiente sólido, los científicos están experimentados con campos magnéticos muy poderoso para poder confinarlos.

Condensado de Bose-Einstein (BEC)



"Un hindú de apellido Bose y un ahora famoso Einstein fueron los primeros que propusieron la existencia de un quinto estado de la materia. Después del líquido, sólido, gaseoso y el plasma no se había observado una forma distinta en que la materia pudiera “agregarse”, hasta que en 1995 los investigadores Eric Cornell, Wolfgang Ketterle y Carl Wieman lograron crear un nuevo estado de agregación, lo cual les valió el Premio Nobel de Física en 2001. El hallazgo fue denominado Condensado de Bose-Einstein (BEC), en honor a los primeros que lo sugirieron.

Rosario Paredes Gutiérrez, investigadora del IFUNAM... definió al BEC como “un sistema o un conglomerado de muchas partículas, tal que éstas tienen mismos efectos cuánticos y muestran una estadística inherente al tipo de partícula que se esté tratando”. De esta forma, los átomos se comportan como si fueran un gran átomo, lo que resulta en una nueva forma en que la materia puede agruparse.

Los átomos están reunidos de diferentes maneras en cada estado: en el sólido, están acomodados en un volumen pequeño, comprimidos sin poder moverse pero siguiendo una estructura rígida; en el líquido, están en un espacio más grande en el que pueden desplazarse; mientras que en el gaseoso, los átomos tienen más espacio entre ellos.

En el plasma, que es lo que constituye al Sol y las estrellas, los átomos están separados en sus partículas individuales y núcleos, como es muy parecido a un gas, el plasma ocupa un gran espacio pero está conformado de elementos cargados eléctricamente.

En el Condensado de Bose-Einstein sucede que los átomos están en un mismo espacio pero con una característica distintiva: todos actúan como uno solo. Este estado únicamente se logra a temperaturas muy bajas, tal vez las más bajas que hasta ahora se hayan conseguido (cerca del cero absoluto). Paredes explica que para que los átomos lleguen a esa temperatura es necesario que los átomos mantengan fija la densidad"
...Tomado de: http://www.fisica.unam.mx/noticias_quintoestadodeagregacion2012.php
Karina Maldonado Portillo 6/dic/2012

Cambios de estado

La materia puede cambiar su estado de agregación. Los cambios de estado solo modifican la apariencia externa de la materia, por lo que se consideran cambios físicos, ocurren por variación de temperatura o presión y requieren poca energía.  Estos cambios reciben nombres especiales para designar el traspaso de un estado al otro:


Fusión es el nombre que se le da al cambio del estado sólido al estado líquido. Vaporización o Evaporización es el cambio de estado líquido a estado gaseoso y la Sublimación es el cambio directo del estado sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Los cambios de estado anteriormente mencionado se les llama Progresivos, ya que ocurren cuando se suministra calor desde los alrededores hacia la muestra de materia, como consecuencia la temperatura de la sustancia aumenta.

La Solidificación es el paso del estado líquido al estado sólido, mientras que la Condensación es el paso del estado gaseoso al estado líquido.  El paso directo del estado gaseoso a estado sólido se le conoce como Sublimación regresiva.  Estos cambios se les llaman Regresivos porque la materia desprende calor hacia sus alrededores, por tanto la temperatura de la sustancia baja.

En otras palabras, durante los cambio de estado las sustancias absorben o desprenden ciertas cantidades de calor manteniendo constantes las temperaturas de las sustancias hasta que el cambio de estado finalice, los valores de temperaturas a la cuales ocurren los cambios de estados se les conoce como punto de ebullición, punto de fusión y punto de congelación representando la vaporización, fusión y solidificación respectivamente. 

A continuación se presentan las variaciones de la temperatura con respecto al tiempo de una sustancia, al proporcionarle calor constantemente. 


En el punto inicial de la gráfica, punto A, podemos observar una sustancia en estado sólido (tiempo y temperatura 0). Se inicia la transferencia de calor hacia la sustancia y la temperatura del sólido se incrementa, durante el aumento de temperatura las moléculas de la sustancia sólida experimentan vibraciones que generan un aumento en la energía cinética debido al suministro de calor constante, este fenómeno ocurre de manera permanente haciendo que la sustancia alcance el punto B. 

El punto B se conoce como punto de fusión y como se puede observar su valor se mantiene constante durante todo el cambio de estado. Una vez la sustancia alcanza su punto de fusión el cambio de estado inicia y la energía suministrada se usa para cambiar de estado y no para aumentar la temperatura es por eso que su valor no varía, la energía cinética también permanece constante. Durante el proceso de fusión, las distancias interatómicas o intermoleculares aumentan por lo que se genera mayor libertad de movimiento de las moléculas o átomos presentes en la estructura.  En el punto C de la gráfica la sustancia a cambiado completamente de estado, por tanto el calor suministrado a la sustancia genera nuevamente un aumento de la temperatura, sin embargo este incremento es mucho más elevado si se compara con la variación mostrada en el segmento AB, esto se debe a que se requiere mucho más calor para aumentar la energía cinética de las partículas en fase líquida que en la fase sólida. 


Finalmente la temperatura alcanza el valor del punto D y se inicia el proceso de vaporización.  El punto D se conoce como punto de ebullición y su valor se mantiene constante durante todo el cambio de estado, una vez este proceso finaliza se incrementa nuevamente la temperatura y la energía cinética.

A continuación te recomiendo unos videos de youTube donde puedes ampliar la información correspondiente a este tema.  








lunes, 18 de julio de 2016

Cambios físicos y químicos de la materia


Es bastante generalizada la tendencia a clasificar los fenómenos naturales en dos grandes bloques: uno que agrupa a los de carácter físico y en otro a los de naturaleza química.

Al igual que se hace con las propiedades de una sustancia, los cambios que sufren las sustancias se pueden clasificar como físicos o químicos. Durante un cambio físico, las sustancias varían su apariencia física pero no su composición. Todos los cambios de estado son físicos. En el siguiente esquema se ilustran los diversos procesos de cambio de estado.


En los cambios químicos (también llamados reacciones químicas), las sustancias se transforman en sustancias químicamente distintas. En todo cambio químico se consumen una o más sustancia y se forman al mismo tiempo una o más sustancias nuevas cada una con propiedades físicas y químicas peculiares.

Ley de la conservación de la masa, es la ley que rige cualquier cambio físico o químico de la materia.  No se produce un cambio total de la masa durante la reacción química, es decir, la masa se conserva. Esto es lo que se como la Ley de Conservación de Masa, la cual establece:

"No se crea ni se destruye masa durante los cambios físicos y químicos"

El libro de Andoni Garritz Ruiz se definen los cambios físicos y químicos de la materia de la siguiente manera:

"Cambio físico: es aquel en que no cambia la identidad química de la materia aunque, en todo caso, cambie su forma. La transformación física no es permanente, ya que mediante un cambio en las condiciones externas puede volverse al estado inicial del sistema con un gasto menor de energía. Doblar una hoja de papel es un cambio físico. Otro ejemplo es un cambio de fase o de estado de agregación (cuando una sustancia pasa del estado líquido al sólido o al gaseoso, entre otros). En todo cambio físico la sustancia conserva su identidad química. Papel o papel doblado, son celulosa. Hielo y vapor de agua tienen algunas propiedades diferentes, pero ambos son muestras de agua que pueden reaccionar químicamente como tal"

"Un cambio químico:  es aquel en donde una clase de materia se transforma en otra, a través de una reacción química. Por ejemplo, el hierro, Fe, reacciona con el oxígeno, O2, para formar herrumbre u óxido de hierro (III), Fe2O3. Podemos asegurar que se trata de un cambio químico porque las propiedades de los reactivos (hierro: metal; oxígeno: gas incoloro) son notablemente diferentes a las del producto (óxido de hierro: sólido marrón quebradizo). Para que la herrumbre pueda convertirse otra vez en hierro y oxígeno gaseoso se necesita efectuar nuevamente un cambio químico. Los materiales originales, hierro y oxígeno, no pueden separarse de la herrumbre mediante ningún cambio físico"


Propiedades de la materia



Las propiedades de una sustancia son sus cualidades características. Son las que permiten
afirmar, con base en la observación, si estamos frente a una sustancia determinada u
otra. Por su naturaleza las propiedades de la materia se clasifican en: 

• Físicas
• Químicas 
• Mecánicas

Otro parámetro considerado para clasificar las propiedades de la materia, toma de referencia si éstas se presentan en cualquier tipo de materia o no, originando la siguiente clasificación: 

Generales: Son aquellas que se presentan en todo tipo de materia. 
Específicas: Son propiedades que sirven para identificar y diferenciar una sustancia de otra. Pueden ser físicas o químicas. 


Estas son algunas propiedades generales:

Volumen: Es la cantidad de espacio tridimensional que ocupa un cuerpo.
Masa: Se define como la cantidad de materia presente en un cuerpo.
Inercia: Es la propiedad de los cuerpos para mantener su estado de reposo o movimiento a menos que intervenga una fuerza que modifique dicho estado.
Peso: Es resultado de la relación entre la masa de un cuerpo y la fuerza gravitatoria.
Porosidad: La materia está formada por moléculas de mayor o menor tamaño, pero todas están separadas por espacios denominados poros o espacios intermoleculares.
Impenetrabilidad: Esta propiedad indica que dos cuerpos no pueden ocupar el mismo lugar al mismo tiempo.
Divisibilidad: Todo tipo de materia es susceptible a dividirse, esto como consecuencia de la porosidad

Propiedades Físicas de la Materia.

Son aquellas propiedades que se pueden observar y especificar sin hacer referencia a alguna otra sustancia en otras palabras pueden ser observadas sin que exista cambio alguno en la composición interna de la sustancia estudiada.

Algunas propiedades físicas se denominan organolépticas porque pueden ser percibidas a través de nuestros sentidos corporales como el color, el olor, y el sabor.

Entre las propiedades físicas podemos encontrar:

Densidad: cantidad de masa por unidad de volumen.
Calor específico: calor que es necesario agregar a un gramo de cualquier sustancia para elevar en 1°C su temperatura.
Solubilidad: cantidad de sustancia disuelta en un solvente.
Viscosidad: En dos capas de un fluido, una de las cuales se mueve y la otra no, la viscosidad (o, más
formalmente, coeficiente de viscosidad cinemática) se refiere a la resistencia que opone
la capa en reposo a la que está en movimiento.
Punto de fusión: Temperatura a la que la sustancia líquida solidifica.
Punto de ebullición: temperatura a la que una sustancia pasa de estado líquido a gaseoso

Propiedades Químicas de la materia.

Las propiedades químicas describen como reacciona una sustancia con respecto a otras sustancia. Las propiedades químicas de las sustancias se manifiestan necesariamente como cambios químicos de la composición. A este grupo pertenecen la propiedad que tienen las sustancia de oxidarse, quemarse (combustión) o simplemente reaccionar de una u otra manera frente a otras sustancias.

Entre las propiedades químicas tenemos:

La oxidación: es un proceso químico que produce la transformación de un cuerpo como consecuencia de la acción de oxígeno o de un oxidante, que es aquel elemento o material que oxida, tal es el caso del oxígeno al cual se lo considera un oxidante por excelencia.
... via Definicion ABC http://www.definicionabc.com/ciencia/oxidacion.php
La combustión: es un proceso químico en el cual una sustancia reacciona rápidamente con el oxígeno y desprende calor. La sustancia original se llama el combustible, y la fuente de oxígeno se llama el oxidante . El combustible puede ser un sólido, líquido o gas.
...via Definición NASA https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/combst1.html

Propiedades Mecánicas de la materia.

Las propiedades mecánicas se refieren a la capacidad que tiene la materia de resistir acciones de fuerzas que actúan momentáneamente sobre la muestra de materia. La propiedades mecánicas de la materia también son propiedades físicas y en ocasiones se requieren de instrumentos específicos que permitan determinar su magnitud.

Estas son algunas de las propiedades mecánicas

La maleabilidad: (viabilidad con la que una sustancia puede transformarse en láminas
delgadas mediante martilleo),
La ductilidad: (facilidad para estirar en material en forma de hilo) o
La dureza: (propiedad relativa a la capacidad de una sustancia de rayar a otras).
La elasticidad:  los materiales sufren deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

Webgrafía
http://prepaunivas.edu.mx/v1/images/pdf/libros/quimica_I.pdf
http://andoni.garritz.com/documentos/01-Garritz.pdf





 
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