Propiedades De La Materia

18 sep 2008 165 comentarios

by J-at-X in atomos, materia, propiedades

FUENTE: http://www.pucpr.edu/titulov/componente_quimica/modulo-materia.htm

Materia

Materia es todo lo que tiene masa, ocupa espacio y se puede percibir por nuestros sentidos. Gran parte de las cosas necesarias para nuestra vida diaria están compuestas de materia y es la química la que se interesa en la composición y las transformaciones que sufre la materia. El químico estudia las propiedades de la materia para poder identificar, clasificar y dar usos a sus componentes. En este módulo estudiaremos algunos conceptos básicos relacionados con la materia.

La materia puede existir en tres estados físicos y pasar de un estado físico a otro sin que cambie su composición (cambio físico).  Además la materia puede sufrir unos cambios químicos.  Los cambios químicos son transformaciones que convierten una sustancia en otra (reacciones químicas).  Algunos ejemplos de cambios químicos son el enmohecimiento del hierro y la combustión de una sustancia.

Estado	Características	Cambio físico
Sólido	Tienen forma y volumen definido	Fusión-cambiar del estado sólido al líquido Sublimación- cambiar del estado sólido al gaseoso
Líquido	Tienen volumen definido pero su forma es variable	Congelación- cambiar del estado líquido a sólido Evaporación- cambiar del estado líquido a gaseoso
Gas	No tienen forma ni volumen definido:  toman la forma y el volumen del envase que los contiene	Condensación- cambiar del estado gaseoso a líquido Deposición- cambiar del estado gaseoso al sólido

Tabla 1: Los tres estados de la materia con sus características y transformaciones físicas

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Toda sustancia presenta un conjunto de características que nos permite reconocerla y distinguirla de las demás sustancias.  Estas características reciben el nombre de propiedades y pueden clasificarse en propiedades físicas y propiedades químicas. Además pueden clasificarse en propiedades intensivas o extensivas.

Propiedad	Característica	Ejemplos
física	no alteran la identidad de la materia	color, estado físico, masa, peso, volumen, punto de ebullición
química	describe la capacidad de una sustancia para transformarse en otra	la combinación del hierro con oxígeno y agua para formar moho, el papel se quema, el hidrógeno reacciona con oxígeno al pasar una corriente eléctrica y produce agua
intensiva	no depende de la cantidad de sustancia presente	color, punto de ebullición, punto de fusión, densidad
extensiva	depende de la cantidad de sustancia presente	peso, volumen, largo, ancho, masa, altura

Tabla 2:  Propiedades de la materia

La materia que nos rodea se puede clasificar en sustancias puras o mezclas.  Las sustancias puras son sustancias que tienen composición y propiedades intrínsecas constantes. Estas sustancias puras pueden ser elementos o compuestos. Los elementos son sustancias que no se pueden separar en otras más simples usando métodos físicos o químicos comunes y los compuestos son sustancias formadas por mas de un elemento combinados químicamente en una razón fija de números enteros.  Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras que retienen sus propiedades características y que pueden separarse utilizando métodos físicos. Existen dos clases de mezclas: mezclas donde la distribución de los componentes es uniforme (mezcla homogénea) y mezclas donde se pueden distinguir los componentes (mezcla heterogénea).

Los elementos son sustancias que no se pueden separar en otras más simples.  Los elementos están organizados en la Tabla Periódica de acuerdo a sus propiedades físicas y químicas, la cual, tiene como base el número atómico del elemento.  Los elementos se simbolizan por una abreviatura de una o dos letras y se clasifican en periodos o grupos o familias. Un período es una hilera horizontal en la Tabla Periódica y un grupo  es una columna vertical. Existen siete períodos y 18 grupos. Algunos grupos tienen un nombre en específico:

Grupo 3 al 12 – Elementos de transición	Elementos de transición internos:
Grupo IA  ó 1  metales alcalinos	Lantánidos (Ce hasta Lu)
Grupo IIA  ó 2  metales alcalinotérreos
Grupo VIIA  ó 17  halógenos	Actínidos (Th hasta Lr)
Grupo VIIIA  ó 18  gases nobles

De acuerdo a las propiedades físicas, los elementos se pueden clasificar además en metales (buenos conductores de electricidad), no-metales (no conducen electricidad) y metaloides (semiconductores).  Los metaloides son B, Si, Ge, As, Sb, Te y At.

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Hasta el momento se conocen tres unidades estructurales de la materia:  el átomo, el ión y la molécula.  De éstas, la fundamental es el átomo, ya que tanto el ión como la molécula son unidades que se derivan del átomo. El científico John Dalton, propuso una teoría conocida como la Teoría Atómica (1808). En esta teoría se postula lo siguiente:

1.    Toda la materia está formada por partículas indivisibles y pequeñas llamadas                átomos. 2.    Un elemento es un tipo de materia formada por una sola clase de átomos. 3.    Cuando átomos de dos o más elementos se combinan forman compuestos en una         razón fija de números enteros. 4.    Durante una reacción química, ningún átomo desaparece o se transforma en                  átomos de otro elemento.

Una teoría es aceptada cuando puede explicar satisfactoriamente los hechos experimentales observados y cuando predice comportamientos que pueden ser demostrados mediante experimentación.  La Teoría Atómica cumplió estos dos requisitos por las siguientes leyes, Tabla 3:

Ley	Establece
Conservación de Masa	Durante los cambios químicos no ocurren cambios apreciables en masa
Composición Constante	Un compuesto, no importa su origen, siempre contiene los mismos elementos y en la misma razón por peso
Proporciones Múltiples	Cuando dos elementos se combinan para formar mas de un compuesto, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro elemento están en razón o relaciones de números enteros

Tabla 3 Leyes de la materia

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La Teoría Atómica del Dalton está bien, sin embargo, deja afuera una pregunta importante que es: ¿De qué esta hecho el átomo? No fue hasta finales del siglo que la evidencia experimental demostró que los átomos están constituidos por unidades todavía más pequeñas que llamamos partículas subatómicas.  Tres de estas partículas son importantes para nuestro curso. Estos son el electrón, el protón y el neutrón, Tabla 4.

Partícula subatómica	Comparación de partículas subatómicas
electrón	Tienen una unidad negativa de carga eléctrica. Su masa es de 9.109 x 10-28 gramos.
protón	Tienen una unidad positiva de carga eléctrica.  Son 1836 veces mas pesados que los electrones.
neutrón	No tienen carga eléctrica y son iguales de pesados que los protones.

Tabla 4: Comparación de partículas subatómicas

El arreglo de partículas fundamentales en el átomo fue revelado por el experimento de Rutherford de dispersión de partículas alfa en una placa metálica fina.  El experimento reveló que el átomo contiene un núcleo cargado positivamente, toda la masa del átomo está en el núcleo y el tamaño del núcleo es bien pequeño comparado con el tamaño del átomo.  Con estos resultados podemos llegar a la conclusión de que los protones y neutrones, que son los que tienen mayor masa están en el núcleo y que los electrones se encuentran en el espacio alrededor del núcleo.

Los átomos de un elemento pueden diferir en el número de neutrones y  por lo tanto en su número de masa. Estos reciben el nombre de isótopos.  Los isótopos de un elemento presentan las mismas propiedades químicas, pero difieren en propiedades físicas. Ejemplos de estos son:  Hidrógeno ,  Deuterio   y Tritio .  Generalmente para hacer referencia a un isótopo damos el símbolo del elemento y el número de masa que corresponde al isótopo.  Por ejemplo H-1, H-2 y H-3.  Debido a la existencia de isótopos naturales, la masa de un elemento se expresa como masa atómica promedio y se puede determinar si se conoce la masa relativa de los isótopos y la abundancia relativa de cada uno.  Esta información la provee un espectrómetro de masa.

Ejemplo: Isótopo Masa relativa (uma) %abundancia B-10 10.0129 19.91 B-11 11.0093 80.09 Masa atómica promedio = [(10.0129)(0.1991)]+ [(11.0093)(0.8009)] = 10.81 uma

La masa atómica relativa de un átomo se obtiene comprandola con la masa del isótopo más abundante de carbono, C-12, al cual se le asignan exactamente 12 unidades de masa atómica (12 uma).

En muy pocas sustancias, el átomo como tal es la unidad estructural de la cual se compone la sustancia.  Casi todos los elementos y compuestos están constituidos por unidades estructurales derivadas del átomo. Dos de estas unidades son las moléculas y los iones.  Las moléculas son agregados de átomos que permanecen unidos debido a una potente fuerza de atracción que recibe el nombre de enlace químico. Existen varios tipos de enlaces químico. Por ahora nos interesa que conozcan los siguientes:  el enlace covalente, el enlace iónico y el enlace metálico. El enlace covalente resulta de la fuerza de atracción entre dos átomos que resulta del compartimiento de electrones. Este tipo de enlace ocurre principalmente entre elementos no-metálicos.  El enlace iónico resulta de la transferencia de electrones entre elementos no-metálicos y elementos metálicos y el enlace metálico resulta de elementos metálicos solamente.