Química 1 para ingenieros/Materia y propiedades de la materia

Clasificación de la materia

Figura 1: Clasificación de la materia

Figura 1: Clasificación de la materia

Concepto de materia, masa y peso

Materia es todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Masa es una medida de la cantidad de materia de una muestra de cualquier material. Cuanto más masivo es un objeto, más fuerza se necesita para ponerlo en movimiento. Todos los cuerpos se componen de materia. Nuestros sentidos de la vista y el tacto suelen indicarnos que un objeto ocupa espacio; sin embargo, en el caso de los gases incoloros, inodoros e insípidos (como el aire) nuestros sentidos nos pueden fallar.

Los modelos teóricos actuales nos dicen que todo en el universo se basa en dos tipos de partículas elementales: bosones y fermiones. Podemos distinguir las funciones de estas partículas si consideramos que los bloques constitutivos de la materia se construyen a partir de los fermiones, en tanto que los bosones son las partículas responsables de la fuerza que mantiene a los fermiones unidos

Sustancias y mezclas

La mayor parte de la materia que conocemos consiste en mezclas de diferentes sustancias.Cada sustancia de una mezcla conserva su propia identidad química y sus propiedades. Encontraste con una sustancia pura que tiene una composición fija, la composición de una mezcla puede variar. Por ejemplo, podemos preparar un número infinito de mezclas diferentes de sal y azúcar variando las cantidades relativas de estos dos componentes.

Sustancias puras: elementos y compuestos

Todas las sustancias son elementos o compuestos. Los elementos son sustancias que no pueden descomponerse en sustancias más simples. En el nivel molecular, cada elemento se compone de sólo un tipo de átomos. Los compuestos son sustancias que contienen dos o más elementos, es decir, dos o más tipos de átomos. Por ejemplo, el agua es un compuesto constituido por dos elementos: hidrógeno y oxígeno. Las mezclas son combinaciones de dos o más sustancias en las que cada una mantiene su propia identidad química

Figura 2: Cómo difieren las moléculas de un compuesto de las de un elemento

Mezclas: homogéneas y heterogéneas

El tipo de mezcla en la que porciones distintas de muestra tienen propiedades diferentes distinguibles, recibe el nombre de mezcla heterogénea. El tipo de mezcla tiene propiedades uniformes en todas sus partes; se describe como mezcla homogénea y también recibe el nombre de solución.

Métodos de separación de mezclas

Las mezclas pueden separarse por medios físicos porque cada componente conserva sus propiedades. Por ejemplo, se puede separar una mezcla de sal disuelta en agua evaporando el agua, con lo cual se recupera la sal en estado sólido. Para separar una mezcla de sal y arena, primero podríamos tratarla con agua para disolver la sal, luego separar la arena por filtración y entonces evaporar el agua para recuperar la sal sólida. El polvo de hierro muy fino puede mezclarse con azufre pulverizado para obtener lo que en apariencia parecería una mezcla homogénea, al igual que cualquier mezcla, esta puede separarse por medio físicos, como quitar el hierro con un imán o disolver el azufre.

Figura 3: Mezcla heterogénea de hierro y azufre

Los compuestos pueden descomponerse en sustancias más simples mediante cambios químicos, siempre en proporción definida.

Los tres estados de la materia: Sólido, líquido y gaseoso

La materia puede clasificarse en tres estados. Un gas (también conocido como vapor) no tiene volumen ni forma fijos; en cambio, ocupa el volumen y toma la forma del recipiente que lo contiene. Un líquido tiene un volumen definido, independiente de su recipiente, pero no tiene forma específica, por esto, toma la forma del recipiente que lo contiene. Un sólido tiene tanto forma como volumen definidos. Ni los líquidos ni los sólidos pueden comprimirse de manera apreciable.

Figura 4: Representación de un sólido, líquido y un gas

Propiedades y cambios de la materia

Propiedades físicas y químicas

Para diferenciar entre muestras de diferentes tipos de materia, determinamos y comparamos sus propiedades. Las propiedades de la materia pueden clasificarse como físicas o químicas. Podemos observar las propiedades físicas sin alterar la identidad y composición de la sustancia. Estas propiedades incluyen color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición y dureza. Las propiedades químicas describen la forma en que una sustancia puede cambiar, o reaccionar, para formar otras sustancias, por ejemplo, una propiedad química es la combinación de magnesio metálico con oxígeno o la combustión del gas de hidrógeno en presencia de oxígeno. Después del cambio, desaparece la sustancia química original, el hidrógeno, quedando otra sustancia distinta, el agua. Además, es imposible recuperar el hidrógeno a partir del agua mediante un cambio físico

Propiedades intensivas y extensivas

Todas las propiedades mensurables de la materia corresponden a una de dos categorías adicionales: propiedades extensivas y propiedades intensivas. La temperatura, el punto de fusión y la densidad se denominan propiedades intensivas. Estas no dependen de la cantidad de la muestra examinada y son particularmente útiles en la química, ya que muchas de ellas pueden utilizarse para identificar sustancias. Las propiedades extensivas de las sustancias se relacionan, dependen de la cantidad de la muestra y son aditivas; dos ejemplos son la masa, longitud y el volumen.

Cambios físicos y químicos

Los cambios que experimentan las sustancias pueden clasificarse como físicos o químicos. Durante un cambio físico, una sustancia cambia su apariencia física, pero no su composición. Todos los cambios de estado (por ejemplo, de líquido a gas o de líquido a sólido) son cambios físicos.

Figura 5: Ejemplo de un cambio químico mediante la reacción de cobre con ácido nítrico´

En un cambio químico, una o más sustancias se consumen (al menos en forma parcial), una o más sustancias se forman y finalmente, se absorbe o se libera energía. Por ejemplo, cuando el hidrógeno arde en el aire experimenta un cambio químico, ya que se combina con el oxígeno para formar agua.

Figura 6: Ejemplo de un cambio químico mediante la reacción de cobre con ácido nítrico