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La Materia

Started By Ge. Pe. , Feb 29 2008 02:45 PM

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5 replies to this topic

#1 Ge. Pe.

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Publicado 29 February 2008 - 02:45 PM

Araucaria 2000
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El hombre siempre le intrigó saber cómo estaba constituida la materia y cuáles eran sus propiedades. En un principio, tuvo contacto con ella sólo con fines alimenticios y de protección, y modeló las piedras para su defensa y ataque. Posteriormente, se maravilló con el descubrimiento de metales como el cobre, el oro y el estaño que trabajó con el calor de sus fogatas y que introdujo en las cavernas para darles luminosidad con su resplandor. En el Oriente, luego, el hombre incursionó en la transformación de la materia, fabricando tinturas que aplicó, por ejemplo, en los géneros.Hasta nuestros días, recordamos la figura de Demócrito, quien decía que la materia estaba formada por partículas. En la actualidad, debido a las investigaciones, se sabe que la materia está formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Los átomos se agrupan y forman moléculas, las cuales se ordenan y constituyen la materia. La materia se puede encontrar en tres estados diferentes:

Estado sólido ----- Estado líquido ----- Estado gaseoso

Durante un día de lluvia se ven gotas de agua a través de tu ventana. Estas gotas caen al suelo y forman pozas de agua de diversas formas y tamaños. Seguramente, has notado que estas pozas se secan rápidamente cuando sale el Sol, aunque también lo hacen sin la presencia de él.

El calor del Sol transforma el agua líquida en vapor de agua; este fenómeno se produce además en todos los lugares de la Tierra donde hay depósitos de agua y recibe el nombre de evaporación.

Cuando hace mucho frío el agua contenida en las pozas se transforma en hielo; este proceso recibe el nombre de solidificación o congelación. Estas transformaciones ocurren con otras sustancias de la naturaleza y se producen de acuerdo a las propiedades y características de cada una de ellas. Todas las sustancias que forman el universo están constituidas por materia.

La materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

La materia puede ser dura como un bloque de hielo, blanda como el agua líquida, o sin forma como el aire

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#2 Ge. Pe.

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Publicado 01 March 2008 - 05:50 PM

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ESTADOS DE LA MATERIA

1. Estado sólido

Un sólido es una sustancia formada por moléculas que se encuentran estrechamente unidas entre sí mediante una fuerza llamada fuerza de cohesión, las particulas están muy unidas, y solo vibran en su puesto .

La disposición de estas moléculas le da un aspecto de dureza y de rigidez con el que frecuentemente se le asocia.

La forma definida de los sólidos es producto de la fuerza de cohesión que mantiene unidas a las moléculas.

Los sólidos son duros y presentan dificultad para comprimirse. Esto se explica porque las moléculas que los forman están tan cerca, que no dejan espacios entre sí. Si miras a tu alrededor, notarás que todos los sólidos tienen una forma definida. Esta característica se mantiene, salvo que actúe sobre ellos una fuerza tan grande que los deforme.

Los Sólidos > Tienen dificultad para comprimirse > Tienen forma definida

Los sólidos pueden identificarse por estas dos propiedades generales. Si agrupas sobre una mesa un elástico, un vidrio, plasticína, una piedra, un plato y una cuchara, podrás decir que todos ellos son sólidos; sin embargo, cada uno de ellos es diferente del otro. Ahora la observación te permitirá hacer una clasificación.

Clasificar significa agrupar identificando las propiedades que sirven de base para ello, de acuerdo a un criterio establecido previamente.

¿A qué se debe que los sólidos sean diferentes?

Estas diferencias pueden explicarse debido a que los cuerpos sólidos presentan propiedades específicas, en mayor o menor grado, entre las cuales señalaremos:

* Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un elástico o un resorte son objetos en los que podemos observar esta propiedad. Estira un elástico y observa lo que sucede.

* Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo). En más de una ocasión habrás quebrado un vaso de vidrio o un objeto de greda. Estos hechos representan la fragilidad de un sólido.

*Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante de una joya valiosa o el utilizado par cortar vidrios presenta dicha propiedad

2. Estado líquido

Un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante movimiento de desplazamiento y que se deslizan unas sobre las otras.

La disposición de estas moléculas le da un aspecto de fluidez con la que frecuentemente se les asocia.

¿A qué se debe que los líquidos cambien de forma?

Si aplicas fuerza sobre la superficie del agua de una cubeta, observarás que ésta pierde su aspecto inmóvil y que puedes distinguir su movimiento a través de la formación de ondas en la superficie.

Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Por ejemplo, si echas igual cantidad de un líquido en un tubo de ensayo, a un plato o en una botella, éstos adoptarán la forma de cada uno de estos objetos. Si observas algunos líquidos notarás que ninguno de ellos tiene forma definida y que, al igual que los sólidos, tampoco pueden comprimirse. Si intentas comprimir el agua de la cubeta notarás que se escurre hacia los lados, pero que no disminuye su volumen.

¿A qué se debe el cambio de forma que pueden presentar los líquidos?

La forma indefinida de los líquidos se debe a que la fuerza de atracción que mantiene unidas las moléculas es menos intensa que la fuerza que mantiene unidas las moléculas de los sólidos.

Alguna vez habrás jugado a echarle agua a una jeringa y habrás empujado el émbolo. ¿Qué has observado?

¿Por qué los líquidos son incompresibles?

Los líquidos son incompresibles porque las moléculas que los constituyen están tan unidas que no pueden acercarse más; sólo pueden deslizarse las unas sobre las otras.

Los Líquidos > Tienen forma indefinida > Son incompresibles

Los líquidos, al igual que los sólidos, presentan propiedades específicas entre las cuales señalaremos:

* Volatilidad, es decir, facilidad para evaporarse. Esta propiedad se aprecia claramente al dejar abierto un frasco con alcohol, en que se percibe su olor y disminuye el volumen.

* Viscosidad, es decir, dificultad al escurrimiento. ¿Has dado vuelta alguna vez una botella de aceite o, tal vez, has echado aceite al motor de un vehículo? ¿Observas lo mismo al derramar un vaso .con agua? La diferencia en la observación se debe a la viscosidad.
Estas propiedades se presentan en mayor o menor grado en todos los líquidos.
Los perfumes, la bencina y la parafina son líquidos volátiles. La miel y la leche condensada son líquidos viscosos.

3. Estado gaseoso

Un gas es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre sí.

Esta disposición molecular le permite tener movilidad, por lo que no posee forma propia y puede comprimirse. En él la fuerza de cohesión es nula y ha sido remplazada por la fuerza de repulsión entre las moléculas.¿Por qué los gases no poseen forma propia?

Los gases no poseen forma propia, porque las moléculas que los forman se desplazan en todas direcciones y a gran velocidad; por esta razón los gases ocupan grandes espacios. El olor a comida que se prepara en la cocina se esparce por toda la casa con rapidez, porque las moléculas tienden a ocupar todo el espacio disponible.

¿Por qué los gases pueden comprimirse?

Los gases pueden comprimirse debido a la disposición separada de las moléculas que los compone. Si aplicas una fuerza intensa al émbolo de una jeringa con aire y tapas con el dedo su extremo anterior, notarás que el espacio ocupado por el gas disminuye. Esto se debe a que las moléculas se acercan entre sí y ocupan un menor espacio, el cual depende de la magnitud de la fuerza aplicada.

Los Gases > No tienen forma propia > Pueden comprimirse

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#3 Ge. Pe.

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Publicado 03 March 2008 - 12:44 PM

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ESTADOS DE LA MATERIA

Los cambios de estado y sus características

Cambio de estado: El estado en que se encuentra un material puede transformarse a través de cuatro procesos: fusión solidificación, evaporación, condensación y sublimación.

Las transformaciones de la materia en los tres estados se conocen con los siguientes nombres:

Fusión > Solidificación > Condensación > Sublimación > Deposición > Evaporación

El paso de estado sólido a líquido recibe el nombre de fusión; el de estado liquido a gaseoso, evaporación; el de estado gaseoso a líquido, condensación; y el de líquido a sólido, solidificación, de sólido a gas o de gas a sólido, sublimación o de gas a sólido deposición.

La temperatura es un factor clave en los cambios de estados, calentando o enfriando podemos hacer que muchos materiales pasen del estado sólido al líquido y al gaseoso, o viceversa, es decir, los cambios de estado son reversibles.

La modificaciones de la temperatura y la presión provocan cambios de estados de la materia como ellos solo cambia la forma física, también se les llama cambio físico.

¿A qué temperaturaras se producen estos cambios?

La temperatura a la que funde una sustancia recibe el nombre de punto de fusión; esta temperatura es característica y específica para cada sustancia.

Conozcamos algunos puntos de fusión a nivel del mar:

SUSTANCIA................................PUNTO DE FUSIÓN ( Grados Celsius)
Agua.........................................................0º
Azufre...................................................119º
Cobre..................................................1084º
Hierro..................................................1535º

La temperatura a la cual una sustancia ebulle o hierve recibe el nombre de punto de ebullición y se reconoce o identifica porque una vez alcanzado no aumenta; permanece constante.

Conozcamos algunos puntos de ebullición a nivel del mar:

SUSTANCIA...........................................PUNTO DE EBULLICIÓN (Grados Celsius)
Alcohol...............................................................78,4º
Azufre..............................................................100º
Azufre..............................................................444º
Hierro.............................................................1880º

Para que se produzca evaporación no necesariamente la sustancia debe alcanzar su punto de ebullición. Frecuentemente se produce evaporación en todo momento a temperatura ambiente. El agua contenida en una tetera se empieza a evaporar antes de alcanzar el punto de ebullición. La evaporación es una transformación que ocurre en la superficie del líquido. La ebullición se produce en la totalidad del líquido.

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#4 Ge. Pe.

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Publicado 04 March 2008 - 01:23 PM

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ESTADOS DE LA MATERIA

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

1. - Cambio físico

La materia es susceptible de sufrir cambios, los cuales pueden ser transitorios o permanentes. En el desarrollo de este texto nos referiremos, en primer lugar, a los cambios transitorios y, luego, a los permanentes. Los cambios transitorios son producidos por agentes externos a la naturaleza de la materia, como por ejemplo el cambio de estado. La materia se puede encontrar en tres estados físicos: estado sólido, como la madera o el hierro; estado líquido, como el agua o el aceite; estado gaseoso, como el aire del medio ambiente o de un balón de gas. El agua puede pasar con facilidad por los tres estados físicos. Estas transformaciones se producen por acción del calor.

Cuando la temperatura desciende más allá de los 0 ºC, el agua se presenta en su estado sólido (hielo). Si la temperatura aumenta más allá de los 100 ºC, el agua se presenta en su estado gaseoso (vapor de agua). A temperatura ambiente el agua se presenta en estado líquido. Estos cambios de estado sufridos por el agua y otras sustancias de la naturaleza reciben el nombre de cambios físicos.

¿Qué entendemos por cambio físico?

Cambio físico es el cambio transitorio de las sustancias, que no afecta la naturaleza de las moléculas que lo forman. aunque cambie el aspecto físico de la sustancia que lo presenta.

¿Cuándo se produce un cambio físico?

Un cambio físico se produce por acción de un agente externo a la naturaleza de la materia. En el caso del agua, el agente externo es el calor. No sólo el calor es un agente externo; una presión también es un agente que provoca cambio físico, como puede ser el cambio de forma o de posición de un objeto o cuerpo. El calor como agente de cambio también puede provocar cambios de volumen en los cuerpos. Se entiende por volumen todo lo que ocupa un lugar en el espacio. Mediante la observación científica se puede tomar conciencia de estos cambios e identificarlos a través de sus efectos.

¿Cuáles son los efectos de algunos cambios físicos?

Uno de ellos es el cambio de estado de la materia. Este efecto es transitorio y las sustancias mantienen sus propiedades. Si dejas de aplicar calor a una tetera con agua hirviendo, el agua permanecerá en su estado líquido y cesará su transformación acelerada a estado gaseoso. La observación de un papel estirado y, luego, de un papel arrugado, te permite inferir que ha sufrido un cambio físico y que su agente de cambio es una fuerza como la presión.

2. - Cambio químico

Si observas una vela encendida, verás cómo se quema su mecha, se derrite y cae lentamente su esperma. Luego, al terminarse la vela, habrá una gran cantidad de esperma y muy poco o nada de mecha. Si tratas de reconstruir la vela, podrás tomar la esperma derretida y formar otra.

¿Qué ocurre con la mecha de esta nueva vela?

La nueva vela no podrá tener mecha, porque anteriormente se consumió, transformándose en un humo negro. Si aplicas lo que ya sabes sobre los cambios de la materia, podrás decir que la esperma ha sufrido un cambio físico, porque sólo cambió de forma, pero no su composición ni sus propiedades. Sin embargo, en la mecha ha ocurrido un cambio químico.

Cambio químico, también llamado reacción química, es aquel tipo de cambio en que la materia experimenta modificaciones en su composición química.

Las sustancias se convierten en otras sustancias que tendrán propiedades nuevas, distintas de las propiedades de las sustancias iniciales. En la naturaleza existen muchos cambios químicos, como por ejemplo cuando se oxidan algunos metales, se pudre la fruta, la leche se corta o el carbón se quema. La oxidación de los metales es uno de los ejemplos más interesantes. Si te fijas bien, en cualquier trozo de hierro de la casa podrás ver que éstos contienen algo de óxido y que se emplean pinturas especiales para evitar que el óxido aumente y que el hierro termine quebrándose. Al ocurrir el cambio químico de la oxidación, las moléculas de oxigeno se unen al hierro y se produce un cambio en las propiedades de éste. Este fenómeno puede demostrarse a través de la siguiente actividad: Si colocas un imán con limadura de hierro en el extremo de una balanza de dos brazos y equilibras su peso, y luego calientas la limadura de hierro hasta dejarla al rojo, con lo cual se oxidará, la balanza entonces se inclinará hacia el lado de la limadura de hierro.

Esto ocurre porque el oxigeno se ha unido químicamente al hierro y, por lo tanto, éste ha aumentado su masa.

Si aplicamos lo anterior al ejemplo de la vela, tendríamos que tener distintas masas al iniciar y al terminar el experimento.

¿En qué caso tendrá mayor masa la vela, al comienzo o al final?

Dado que hemos establecido que la mecha de la vela "desaparece" casi completamente, lo lógico es que la masa final sea menor que la inicial, porque se perdió masa de la mecha. Esto se produce fundamentalmente porque al quemarse la mecha de la vela, ésta comienza a transformarse en un gas (humo) que se mezcla con el aire y que, al no estar encerrado, no se puede masar. También hay pérdida de masa, debido a que se desprende vapor de agua.

Lo anterior nos indica que en todo cambio químico debemos fijarnos en los productos que se forman, ya que en algunos casos se pueden producir gases.

Sustancias que componen la materia

Una manzana, el aire, el agua, la sal o el oro, tienen algo en común: son materia. Sin embargo, existen diferencias entre ellos cuyo origen se encuentra en las sustancias que los componen.
Al hablar de las sustancias que contiene un determinado tipo de materia, nos referimos a su composición química. La composición química de la materia tiene que ver con la identificación y cantidad de las diferentes sustancias que la componen. Cada una de las sustancias presentes en ella tienen diferentes propiedades.

Por una parte, se identifican las propiedades físicas, que se pueden observar con los sentidos o con la ayuda de un instrumento, sin variar la composición de la materia. Así, el color, la textura, la masa, el punto de ebullición o el punto de fusión son propiedades físicas de la materia. En cambio, el hecho de que una sustancia se queme por la acción del calor tiene que ver con sus propiedades químicas.

Respecto a la cantidad de sustancias, la manzana y el aire contienen varias sustancias diferentes; el agua y la sal están formadas por dos sustancias y el oro sólo por una.
De esta forma, la cantidad de sustancias que conforman la materia, determinan su clasificación en: elementos, compuestos y mezclas.

Los elementos químicos son las sustancias que no pueden descomponerse en otras más simples.

De los ejemplos indicados, el oro corresponde a un elemento químico. Otros ejemplos son el oxígeno, el carbono y el hierro.

Los compuestos químicos son las sustancias que resultan por la unión de dos o más elementos químicos, combinados en cantidades exactas y fijas a través de enlaces químicos.

Las mezclas se obtienen de la combinación de dos o más sustancias, que pueden ser elementos o compuestos. Sin embargo no se establecen enlaces químicos entre los componentes de la mezcla.

A continuación estudiaremos cada uno de estos tipos de materia.

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#5 Ge. Pe.

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Publicado 05 March 2008 - 02:04 PM

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ESTADOS DE LA MATERIA

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

1. - Elementos químicos

Existe un centenar de diferentes elementos químicos. Estos elementos tienen en común el estar constituidos por una mínima unidad: el átomo.

Sin embargo, los átomos de un elemento se diferencian de los átomos de otro elemento en el número de protones que poseen, por lo cual:

Habrá tantos tipos de elementos químicos como átomos existan.

Por lo tanto, podemos definir de manera más completo un elemento químico.

ELEMENTO QUÍMICO es aquella sustancia formada por átomos que poseen la misma cantidad de protones y que no puede ser descompuesta en otras sustancias más simples.

a.- Símbolos químicos y tabla periódica.

Cada uno de los más de cien elementos químicos identificadas recibe un nombre, al que se le asigno un símbolo. El símbolo de un elemento químico corresponde a uno abreviatura latina del nombre del elemento, que puede constar de una o dos letras. Por ejemplo, el oxigeno, gas que permite la vida de la mayoría de los seres vivos, tiene como símbolo la letra O, mientras que uno de los metales más valiosos, el oro, se identifico por las letras Au.

Uno de los elementos químicos que forma parte de la materia presente en todos los seres vivos es el carbono y se representa por la letra C.

Los químicos han analizado las características de los diferentes elementos y han observado que cada uno presenta propiedades específicas. Es así como, la mayoría de ellos se encuentra en estado sólido, 11 en estado gaseoso y sólo 2 en estado líquido.

Basándose en las propiedades químicas comunes, los elementos químicos han sido ordenados en una tabla, con filas y columnas, que recibe el nombre de tabla periódica de los elementos.
La existencia de esta tabla se debe o los aportes realizados por el químico ruso Dimitrí Ivánovich Mendeléíev, quien a mediados del siglo pasado, fue el primero en clasificar los elementos conocidos de acuerdo a su masa y los ordenó en forma progresiva.

Ciertamente la tabla que usamos hoy es más completa que la de Mendeléíev, sin embargo, su aporte facilitó la tarea de organizar y clasificar los diferentes elementos que componen la materia.

b. - Elementos importantes

Varios elementos químicos tienen gran importancia para los seres vivos.

Por ejemplo:

- el oxigeno (O) posibilita la vida en nuestro planeta

- el calcio (Ca) da solidez y resistencia a nuestros huesos

- el carbono © está presente en todas nuestras células

- el sodio (Na),el potasio (K) y el cloro (Cl)son indispensables para el funcionamiento de las células nerviosas.

La mayoría de los elementos químicos que son de importancia para los seres vivos, se requieren en cantidades pequeñísimas, sin embargo, su ausencia puede generar enfermedades que alteran el funcionamiento de todo el organismo. Esto ocurre con el yodo (I). Cuando el organismo no logra obtener los niveles de yodo necesarios, se produce un crecimiento anormal de la glándula "tiroides", que se manifiesta por un abultamiento en el cuello.

Así vemos que algo tan simple como un elemento, puede determinar la alteración de algo tan complejo como un ser vivo.

2. - Compuestos químicos

Difícilmente encontramos en la naturaleza los elementos químicos aislados, es decir, no combinados. En la realidad, pueden unirse entre si para generar compuesto químicos que poseen propiedades muy diferentes a las de cada elemento constituyente.

COMPUESTO QUÍMICO es aquel que está formado por la unión de dos o más elementos diferentes, en proporciones fijas y exactas a través de enlaces químicos.

a. - Fórmulas de los compuestos químicos

Lo mismo que los elementos, cada compuesto químico se representa con una fórmula que corresponde a los símbolos de los elementos que lo forman, añadiendo además, números que indican las cantidades de átomos que aporta a la unión cada uno de los elementos.

Veamos algunos ejemplos:

El agua, cuya fórmula es H₂0 nos muestra que;

- está formada por hidrógeno H y oxígeno O

- cada molécula está formada por la unión química entre 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxigeno.En este ejemplo el compuesto está formado por dos elementos, pero pueden existir otros, constituidos por más de dos:

La sacarosa, que es el nombre que recibe el azúcar de mesa, tiene la siguiente fórmula: C₁₂H₁₂0₁₁. Podemos ver que, además del oxígeno O y el hidrógeno H, este compuesto está formado por carbono C.

Los números colocados a la derecha bajo cada letra indican el número de átomos de cada elemento en la unión.

b. - Compuestos orgánicos e inorgánicos

En nuestro medio ambiente existe una gran cantidad de sustancias que se pueden clasificar en dos grupos dependiendo de la presencia del carbono como componente principal. Esta condición permite reconocer dos tipos de compuestos: orgánicos e inorgánicos.

COMPUESTOS ORGÁNICOS son aquéllos en los cuales el principal constituyente es el carbono C.

Se excluyen de esta definición los compuestos llamados carbonatos, el dióxido de carbono ( CO₂) y el monóxido de carbono ( CO).

COMPUESTOS INORGÁNICOS son aquéllos que están formados por cualquiera de los demás elementos incluido en algunos casos el carbono pero sin que éste sea el elemento principal.

c. - Compuestos importantes

De la misma forma que reconocíamos la importancia de algunos elementos para la conservación de la vida, ocurre con los compuestos químicos. Aunque su complejidad puede variar, podemos mencionar entre los compuestos más simples y más importantes, el agua H20 y el dióxido de carbono CO2. Ambos son liberados en el proceso de respiración y tienen gran valor para el desarrollo de los procesos vitales en las plantas.

Otros compuestos importantes son el carbonato de calcio, que junto a otros compuestos forman la cáscara de los huevos de las aves. Obviamente, este compuesto ayuda a proteger a los embriones de los golpes y de la deshidratación.

Los ejemplos anteriores han destacado compuestos inorgánicos importantes.

Mencionemos ahora algunos compuestos orgánicos relevantes.

Uno de los compuestos más importantes es la glucosa C₆H₁₂0₆. Este compuesto orgánico almacena en los enlaces una gran cantidad de energía que permite realizar todas las actividades propias de un ser vivo.

Mezclas

Señalábamos que la materia estaba formada por sustancias puras y mezclas.

¿ Mezcla es la unión de dos o más sustancias fáciles de separar?.

La separación de una mezcla es más fácil comparada con la del compuesto, debido a que entre las moléculas que la forman no existe unión de tipo químico. El agua con sal, una bebida gaseosa, el aire, el butano (gas de los balones) con el aire en el momento de la combustión al encender el quemador de la cocina, el agua con arena y la arena con limadura de hierro son mezclas. Entre los distintos ejemplos dados, se producen diferencias importantes. Si observas una mezcla de agua con sal (bien agitada) y otra de agua con arena (bien agitada), en la primera no podrás distinguir el agua de la sal; en cambio, en la segunda podrás distinguir fácilmente el agua de la arena. Esta característica permite clasificar las mezclas en dos grandes grupos: Mezcla homogénea y Mezcla heterogénea

Mezcla homogénea es aquella en la cual las partes que la componen están distribuidas de manera totalmente uniforme. Se llaman también disoluciones.

Por esta razón es difícil identificar los componentes de ella a simple vista. El agua con azúcar, el agua con sal, una limonada, una bebida gaseosa, el aire, los helados, el smog, el papel y la leche son algunos ejemplos de mezclas homogéneas.

Mezcla heterogénea es aquella en la cual las partes que la componen no están distribuidas uniformemente.

Sus componentes se pueden distinguir fácilmente. El agua con arena, el agua con aceite, el azufre con limadura de hierro y el agua con harina son algunos ejemplos de mezclas heterogéneas.
Existen distintas maneras de formar mezclas, ya sea uniendo líquido con liquido, liquido con sólido, o líquido con gas. En el siguiente cuadro clasificaremos los ejemplos dados anteriormente.

ESTADOS DE LA MATERIA.................EJEMPLO.......................TIPO DE MEZCLA

Sólido en líquido...............................Agua y sal........................Homogénea
Líquido en líquido..............................Limonada.........................Homogénea
Gas en líquido..................................Bebida gaseosa.................Homogénea
Gas en gas.......................................Aire y butano...............Llama Homogénea de la cocina
Sólido en líquido...............................Agua con arena................Heterogénea
Sólido en líquido ...............................Azúcar y agua..................Homogénea
Sólido en líquido...............................Agua y tierra....................Heterogénea
Sólido en sólido................................Limaduras y harina...........Heterogénea
Líquido en líquido..............................Agua y aceite...................Heterogénea

Separación de las mezclas

Existen diferentes métodos ideados por los científicos para separar una mezcla en sus diferentes componentes. Dichos métodos son dísicos ya que no alteran las propiedades de los componentes de la mezcla y con ellos se logra aislar cada uno de los componentes sin cambiar su composición.

Algunos de ellos son los siguientes:

a.- Separación de una mezcla de dos sólidos.

Una mezcla formada por dos sólidos pueden ser separadas por decantación y magnetismo.

Decantación o Precipitación.

Consiste en colocar las mezcla en un líquido, donde los dos sólidos se separan, uno flota y el otro se unde. También a través de este método se pueden separar más fácilmente mezclas heterogéneas como el agua con harina o el agua con tierra. Si mezclas agua con harina en una probeta y esperas un momento, observarás cómo la harina comienza a quedar en el fondo de la probeta (comienza a precipitar o decantar) y a separarse del agua. El agua potable se somete a un proceso de decantación con el objeto de purificarla, proceso semejante al de precipitación.

Magnetismo.

Cuando una mezcla está formada por un elemento metálico y no metálico, los cuales pueden ser separados por un imán. Al acercar un imán a una mezlca de limaduras de hierro y azufre, las limaduras son atraidas hacia el imán, logrando separar el azufre.

b.- Separación de una mezcla formada por dos líquidos.

Éstos pueden ser separados a través de la destilación.

Destilación.

Con este método las sustancias son separadas por calentamiento, ya que los componentes de la mezcla poseen distintos puntos de ebullición. A través de él se separan principalmente mezclas homogéneas de líquidos. La separación del agua que hierve a los 100ºC y del alcohol que hierve a los 78ºC, que contiene el vino es un ejemplo característico; para ello se utiliza un equipo llamado de destilación. El vapor que se obtiene mientras el alcohol hierve puede ser enfriado y por tanto, condensado en otro recipiente separándolo así del agua.El alcohol y el agua del vino pueden ser separados, porque cada uno de ellos tiene distinto punto de ebullición.

c.- Separación de una mezcla formada por un líquido y un sólido.

Para separar una mezcla de un sólido y un líquido se pueden usar los métodos de filtración, destilación, evaporación y extracción.

Filtración.

Este método se utiliza frecuentemente para separar las sustancias sólidas de las líquidas. Se hace pasar una mezcla heterogénea a través de un papel filtro o algodón, tratando de que el tamaño del poro (del papel filtro o del algodón) se adecue lo más posible al tamaño de las partículas sólidas que deseamos separar. La separación de la mezcla de agua con arena es un ejemplo de filtración.

Evaporación.

En este método la mezcla es sometida a calentamiento para extraer el líquido que contiene, y sólo queda el sólido en el recipiente del experimento. A modo de ejemplo, se puede preparar una solución de agua con sal y calentar la mezcla, con lo cual se evaporará el agua y quedará solamente la sal. ¿Cuántas veces has observado este fenómeno al caminar entre las rocas de una playa, ver los depósitos de sal y las rocas secas?

Extracción.

Este método considera la capacidad de las sustancias de disolverse o no en distintos líquidos. Por ejemplo, cuando preparas una taza de té, a la bolsita se le extraen las sustancias aromáticas que dan el sabor, el color y el olor característico del té, y sólo queda en ella el resto de la mezcla. Las sustancias aromáticas son solubles en agua; el resto de la mezcla que queda dentro de la bolsita no lo es.

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Artículo completo.

Se agradece a Araucaria 2000 el apoyo prestado al foro.
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#6 Ge. Pe.

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Publicado 23 March 2009 - 05:16 AM

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La Materia: Estados de la Materia

por Anthony Carpi, Ph.D.

De joven, recuerdo haber visto asombrado como hervía el agua en una cacerola. Al buscar la explicación de por qué se formaban las burbujas, creí por un tiempo que el movimiento del agua calentada llevaba aire hacia el fondo de la cacerola que después se elevaba en forma de burbujas a la superficie. No sabía que lo que estaba pasando era aún más mágico de lo que imaginaba: las burbujas no eran de aire, en realidad eran agua en forma de gas.

Los diferentes estados de la materia han confundido a la gente durante mucho tiempo. Los antiguos griegos fueron los primeros en identificar tres clases (lo que hoy llamamos estados) de materia, basados en sus observaciones del agua. Pero estos mismos griegos, en particular el filósofo Thales (624 - 545 BC), sugirió, incorrectametne, que puesto que el agua podía existir como un elemento sólido, líquido, o hasta gaseoso bajo condiciones naturales, debía ser el único y principal elemento en el universo de donde surgía el resto de sustancias. Hoy sabemos que el agua no es la sustancia fundamental del universo, en realidad, no es ni siquiera un elemento.

Para entender los diferentes estados en los que la materia existe, es necesario entender algo llamado Teoría Molecular Kinética de la Materia. La Teoría Molecular Kinética tiene muchas partes, pero aquí introduciremos sólo algunas. Uno de los conceptos básicos de la teoría argumenta que los átomos y moléculas poseen una energía de movimiento, que percibimos como temperatura. En otras palabras, los átomos y moléculas están en movimiento constante y medimos la energía de estos movimientos como la temperatura de una sustancia. Mientras más energía hay en una sustancia, mayor movimiento molecular y mayor la temperatrua percibida. Consecuentemente, un punto importante es que la cantidad de energía que tienen los átomos y las moléculas (y por consiguiente la cantidad de movimiento) influye en su interacción. Al contrario que simples bolas de billar, muchos átomos y moléculas se atraen entre sí como resultado de varias fuerzas intermoleculares, como lazos de hidrógenos, fuerzas van der Waals y otras. Los átomos y moléculas que tienen relativamente pequeñas cantidades de energía (y movimiento) interactuarán fuertemente entre sí, mientras que aquellos con relativamente altas cantidades de energía interactuarán poco, si acaso.

¿Cómo se producen estos diferentes estados de la materia? Los átomos que tienen poca energía interactúan mucho y tienden a “encerrarse” y no interactuar con otros átomos. Por consiguiente, colectivamente, estos átomos forman una sustancia dura, lo que llamamos un sólido. Los átomos que poseen mucha energía se mueven libremente, volando en un espacio y forman lo que llamamos gas. Resulta que hay varias formas conocidas de materia, algunas de ellas están detalladas a continuación.

Los sólidos se forman cuando las fuerzas de atracción entre moléculas individuales son mayores que la energía que causa que se separen.

Las moléculas individuales se encierran en su posición y se quedan en su lugar sin poder moverse. Aunque los átomos y moléculas de los sólidos se mantienen en movimiento, el movimiento se limita a una energía vibracional y las moléculas individuales se matienen fijas en su lugar y vibran unas al lado de otras. A medida que la temperatura de un sólido aumenta, la cantidad de vibración aumenta, pero el sólido mantiene su forma y volumen ya que las moléculas están encerradas en su lugar y no interactúan entre sí. Para ver un ejemplo de esto, pulsar en la siguiente animación que muestra la estructura molecular de los cristales de hielo.

Multimedia

Materia sólida - hielo

Una simulación del movimiento molecular dentro de un cristal de hielo.

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Los líquidos se forman cuando la energía (usualmente en forma de calor) de un sistema aumenta y la estructura rígida del estado sólido se rompe. Aunque en los líquidos las moléculas pueden moverse y chocar entre sí, se mantienen relativamente cerca, como los sólidos. Usualmente, en los líquidos las fuerzas intermoleculares (tales como los lazos de hidrógeno que se muestran en la siguiente animación) unen las moléculas que seguidamente se rompen. A medida que la temperatura de un líquido aumenta, la cantidad de movimiento de las moléculas individuales también aumenta. Como resultado, los líquidos pueden “circular” para tomar la forma de su contenedor pero no pueden ser fácilmente comprimidas porque las moléculas ya están muy unidas. Por consiguiente, los líquidos tienen una forma indefinida, pero un volumen definido. En el ejemplo de animación siguiente, vemos que el agua líquida está formada de moléculas que pueden circular libremente, pero que sin embargo, se mantienen cerca una de otra.

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Materia líquida - agua

Una simulación del movimiento molecular dentro del agua líquida.

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Los gases se forman cuando la energía de un sistema excede todas las fuerzas de atracción entre moléculas. Así, las moléculas de gas interactúan poco, ocasionalmente chocándose. En el estado gaseoso, las moléculas se mueven rápidamente y son libres de circular en cualquier dirección, extendiéndose en largas distancias. A medida que la temperatura aumenta, la cantidad de movimiento de las moléculas individuales aumenta. Los gases se expanden para llenar sus contenedores y tienen una densidad baja. Debido a que las moléculas individuales están ampliamente separadas y pueden circular libremente en el estado gaseoso, los gases pueden ser fácilmente comprimidos y pueden tener una forma indefinida.

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Materia gaseosa - vapor

Una simulación del comportamiento de las moléculas de agua, convirtiéndose en estado gaseoso.

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Los sólidos, líquidos y gases son los estados más comunes de la materia que existen en nuestro planeta. Si quiere comparar los tres estados, pulse en la siguiente comparación animada . Note las diferencias del movimiento molecular de las moléculas de agua en estos tres estados.

Sólido-Líquido- Comparación de Gas

Estados de la materia

Los plasmas son gases calientes e ionizados.

Los plasmas se forman bajo condiciones de extremadamente alta energía, tan alta, en realidad, que las moléculas se separan violentamente y sólo existen átomos sueltos. Más sorprendente aún, los plasmas tienen tanta energía que los electrones exteriores son violentamente separados de los átomos individuales, formando así un gas de iones altamente cargados y energéticos. Debido a que los átomos en los plasma existen como iones cargados, los plasmas se comportan de manera diferente que los gases y forman el cuarto estado de la materia. Los plasmas pueden ser percibidos simplemente al mirar para arriba; las condiciones de alta energía que existen en las estrellas, tales como el sol, empujan a los átomos individuales al estado de plasma.

Como hemos visto, el aumento de energía lleva a mayor movimiento molecular. A la inversa, la energía que disminuye lleva a menor movimiento molecular. Como resultado, una predicción de la Teoría Kinética Molecular es que si se disminuye la energía (medida como temperatura) de una sustancia, llegaremos a un punto en que todo el movimiento molecular se detiene. La temperatura en la cual el movimiento molecular se detiene se llama cero absoluto y se calcula que es de -273.15 grados Celsius. Aunque los científicos han enfríado sustancias hasta llegar cerca del cero absoluto, nunca han podido llegar a esta temperatura. La dificultad en observar una sustancia a una temperatura de cero absoluto es que para poder “ver” la sustancia se necesita luz y la luz transfiere energía a la sustancia, lo cual eleva la temperatura. A pesar de estos desafíos, los científicos han observado, recientemente, un quinto estado de la materia que sólo existe a temperaturas muy cercanas al cero absoluto.

Los Condensados Bose-Einstein representan un quinto estado de la materia visto por primera vez en 1955. El estado lleva el nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien predijo su existencia hacia 1920. Los condensados B-E son superfluídos gaseosos enfríados a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En este extraño estado, todos los átomos de los condensados alcanzan el mismo estado mecánico-quantum y pueden fluir sin tener ninguna fricción entre sí. Aún más extraño es que los condensados B-E pueden “atrapar” luz, para después soltarla cuando el estado se rompe.

También han sido descritos o vistos varios otros estados de la materia menos comunes. Algunos de estos estados incluyen cristales líquidos, condensados fermiónicos, superfluídos, supersólidos y el correctamente denominado "extraña materia". Para leer más sobre estas fases, visite la página Phase (Fase) de la Wikipedia, cuyo enlace se encuentra en la sección Para Seguir Explorando.

Transiciones de Fase

La transformación de un estado de la materia a otro se denomina transición de fase.

Las transiciones de fase más comunes tienen hasta nombre. Por ejemplo, los términos derretir y congelar describen transiciones de fase entre un estado sólido y líquido y los términos evaporación y condensación describen transiciones entre el estado líquido y gaseoso.

Las transiciones de fase ocurren en momentos muy precisos, cuando la energía (medida en temperatura) de una sustancia de un estado, excede la energía permitida en ese estado.

Por ejemplo, el agua líquida puede existir a diferentes niveles de temperatura. El agua fría para beber puede estar alrededor de 4ºC.

El agua caliente para la ducha tiene más energía y, por lo tanto, puede estar alrededor de 40ºC.

Sin embargo, a 100ºC en condiciones normales, el agua empezará una transición de fase y pasará a un estado gaseoso. Por consiguiente, no importa cuán alta es la llama de la cocina, el agua hirviendo en una cacerola se mantendrá a 100ºC hasta que toda el agua haya experimentado la transición al estado gaseoso.

El exceso de energía introducido por la alta llama acelerará la transición de líquido al gas; pero no cambiará la temperatura. La curva de calor siguiente ilustra los cambios correspondientes en energía (mostrada en calorías) y la temperatura del agua, a medida que experimenta la transición de fase del estado líquido al estado gaseoso.

Como puede verse en el gráfico superior, el movimiento de izquierda a derecha muestra que la temperatura del agua líquida aumenta a medida que se introduce la energía (calor). A 100ºC el agua empieza a experimentar una transición de fase y la temperatura se mantiene constante, aún cuando se añade energía (la parte plana del gráfico). La energía que se introduce durante este periodo es la responsable de la separación de la fuerzas intermoleculares para que las moléculas de agua individuales puedan “escapar” hacia el estado gaseoso. Finalmente, una vez que la transición ha terminado, si se añade más energía al sistema, aumentará el calor del agua gaseosa o vapor.

Este mismo proceso puede ser visto inversamente, si simplemente miramos al gráfico superior yendo de la derecha hacia la izquierda. A medida que el vapor se enfría, el movimiento de las moléculas del agua gaseosa y, por consiguiente, de la temperatura, disminuirá. Cuando el gas alcanza 100ºC se perderá más energía del sistema a medida que las fuerzas de atracción entre las moléculas se reformen. Sin embargo, la temperatura se mantiene constante durante la transición (la parte plana del gráfico). Finalmente, cuando la condensación se acaba, la temperatura del líquido empezará a disminuir a medida que la energía se retira.

Las transiciones de fase son una parte importante del mundo que nos rodea. Por ejemplo, la energía que se pierde cuando la perspiración se evapora de la superficie de nuestra piel, le permite a nuestro cuerpo regular correctamente su temperatura durante los día cálidos. Las transiciones de fase tienen un importante rol en la geología, influenciando la formación mineral y, posiblemente, hasta los terremotos. Y quién puede ignorar la transición de fase que ocurre a aproximadamente -3ºC, cuando la crema, tal vez con algunas fresas o pedazos de chocolate, empieza a formar un sólido helado.

Ahora entendemos lo que ocurre en una cacerola con agua hirviendo. La energía (calor) introducida en el fondo de la cacerola causa una transición de fase localizada del estado de agua líquida al estado gaseoso. Ya que los gases son menos densos que los líquidos, esta transición de fase localizada forma bolsas (o burbujas) de gas que se elevan a la superficie de la cacerola y que se revientan. Pero la naturaleza es generalmente más mágica que nuestra imaginación. A pesar de todo lo que sabemos sobre los estados de la materia y sobre las transiciones de fase, todavía no podemos predecir dónde las burbujas individuales se formarán en la cacerola de agua hirviendo.

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