Conceptos Clave de Materia y Energía: Fundamentos de Química y Física

Clasificación y Propiedades de la Materia

Sustancias Homogéneas y Heterogéneas

• Características de las sustancias homogéneas: Todos sus puntos presentan las mismas propiedades físicas y químicas. Se clasifican en soluciones y sustancias puras. Se consideran sustancias miscibles.
• Características de las sustancias heterogéneas: Formadas por fases. Pueden ser suspensiones o coloides. Sus componentes se identifican a simple vista.

Diferencia entre Solución y Sustancia Pura

Las soluciones son mezclas, mientras que las sustancias puras son elementos únicos que existen por sí solos.

Elementos y Compuestos Químicos

• Elemento Químico: Son los elementos fundamentales que se encuentran en la tabla periódica.
• Compuesto Químico: Son la combinación de dos o más elementos químicos mediante enlaces, formando una nueva sustancia con propiedades distintas.

Características de un Coloide

Se reconocen fácilmente porque pueden reflejar y dispersar la luz (efecto Tyndall). Ejemplos: La clara de huevo, el agua jabonosa.

Estados de la Materia y sus Diferencias

• Sólido y Líquido:
  • Sólido: Tiene forma y volumen constantes.
  • Líquido: Tiene forma variable y volumen constante.
• Sólido y Gas:
  • Sólido: Tiene forma y volumen constantes.
  • Gas: Tiene forma y volumen variables.
• Líquido y Gas:
  • Líquido: Tiene forma variable y volumen constante.
  • Gas: Tiene forma y volumen variables.

Fenómenos Endotérmicos y Exotérmicos

• Fenómeno Endotérmico: Se produce con absorción de energía del entorno.
• Fenómeno Exotérmico: Se produce con liberación de energía al entorno.

Nombres de los Cambios de Estado

• Sólido a Líquido: Fusión
• Sólido a Gas: Sublimación
• Líquido a Sólido: Solidificación
• Líquido a Gas: Evaporación (o Vaporización)
• Gas a Líquido: Condensación
• Gas a Sólido: Sublimación regresiva (o Deposición)

Diferencias entre Mezcla y Combinación Química

Una mezcla es la unión física de dos o más sustancias sin que haya una reacción química, manteniendo cada sustancia sus propiedades individuales. Puede ser homogénea o heterogénea. Una combinación (o compuesto químico) es la unión de dos o más elementos mediante enlaces químicos, formando una nueva sustancia con propiedades completamente diferentes a las de sus componentes originales.

Ejemplos de Clasificación de Sustancias

Sustancias Homogéneas

• Miel de abejas
• Esmalte para uñas
• Gasolina
• Tinta para escribir
• Un cubo de azúcar (disuelto)
• Leche (coloide, pero a menudo considerada homogénea visualmente)
• Gelatina (coloide)
• Mayonesa (coloide)
• Bronce (aleación)
• Bebida gaseosa
• Leche con café

Sustancias Heterogéneas

• Tierra
• Madera
• Cartón
• Salpicón de frutas
• Agua de mar (contiene sales y partículas)
• Arena con agua
• Aceite con agua

Ejemplos de Elementos y Compuestos

Elementos

• Cloro (Cl)
• Mercurio (Hg)
• Uranio (U)
• Nitrógeno líquido (N₂)

Compuestos

• Sal de cocina (NaCl)
• Hielo (H₂O)
• Gas metano (CH₄)
• Dióxido de carbono (CO₂)
• Azúcar (Sacarosa, C₁₂H₂₂O₁₁)
• Agua ionizada (H₂O)
• Ácido láctico (ejemplo de ácido producido por bacterias)

Métodos de Separación de Mezclas

Clasificación por Estado

• Para Sólidos: Tamizado, Levigación.
• Para Líquidos: Destilación.
• Para Gases: Licuefacción.

Ejemplos de Aplicación de Métodos de Separación

• Aire: Licuefacción.
• Arena y Grava: Tamizado.
• Oro mezclado con Arena: Levigación.
• Extracto de Espinacas: Cromatografía.
• Aserrín con Azúcar: Tamizado.
• Agua con Sal: Destilación.

Conceptos Fundamentales de Energía

Definición de Energía

Es la capacidad que posee un cuerpo o sistema para realizar trabajo o producir cambios.

Fuentes de Energía Comunes

La madera, el carbón, el petróleo.

Formas de Manifestación de la Energía

Mecánica, química, nuclear y solar.

Diferencias entre Energía Cinética y Energía Potencial

• Energía Cinética: Se asocia al movimiento de la materia. Cuanto mayor es la velocidad y la masa de un objeto, mayor es su energía cinética.
• Energía Potencial: Es la energía almacenada por un objeto debido a su posición, estado o composición química.

Instrumentos que Utilizan Energía Eléctrica

Marcapasos, herramientas portátiles, cámara fotográfica.

Función Principal de una Celda de Combustión

Duplica la eficiencia energética en comparación con la combustión directa de combustibles, convirtiendo la energía química directamente en electricidad.

Diferencias entre Fisión y Fusión Nuclear

• Fisión Nuclear: Se produce por un proceso inducido (generalmente por un neutrón), resultando en la ruptura de núcleos atómicos pesados en núcleos más ligeros, liberando una gran cantidad de energía.
• Fusión Nuclear: Implica la unión de núcleos atómicos ligeros para formar un núcleo más pesado, liberando una cantidad aún mayor de energía. Es la principal fuente de energía del Sol y otras estrellas.

Aplicaciones de la Energía Solar

• Obtención de energía eléctrica (fotovoltaica y termosolar)
• Calentamiento de agua (termosolar)
• Tratamiento de enfermedades (fototerapia, esterilización UV)
• Concentración y deshidratación de alimentos
• Procesos industriales (calor solar)
• Procesos agrícolas (secado de cultivos, invernaderos)

Función de las Celdas y Paneles Solares

Permiten convertir la energía solar (luz) directamente en electricidad mediante el efecto fotovoltaico.

Justificación de su Uso Limitado Actual

Su aplicación masiva aún es limitada debido a su alto costo inicial de instalación, la intermitencia de la fuente (dependencia del sol) y, en algunos casos, a su eficiencia variable según la tecnología y las condiciones climáticas.

La Ley de Conservación de la Energía

Establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra. Cuando un cuerpo cede energía a otro, la cantidad de energía cedida por el primero es igual a la ganada por el segundo.

Por qué la Conservación de la Energía es Cuantitativa y No Cualitativa

Es cuantitativa porque el valor numérico total de la energía en un sistema cerrado permanece constante antes y después de cualquier transformación. Sin embargo, no es cualitativa en el sentido de que, aunque la cantidad total de energía se conserva, su "calidad" o capacidad para realizar trabajo útil tiende a degradarse (aumenta la entropía) después de cada transformación, volviéndose menos disponible para futuros procesos.