Conceptos Esenciales de Física y Química: Materia, Mezclas y Estados

Conceptos Científicos Fundamentales

Conocimiento Científico y Cambios

Conocimiento científico

Es aquel que estudia los fenómenos utilizando un método científico.

Cambios físicos

Son aquellos en los que, tras el cambio, las sustancias siguen siendo las mismas.

Cambio químico

Son aquellos en los que, después del cambio, se obtienen sustancias diferentes a las iniciales.

Medición y Magnitudes Físicas

Unidad

Es el patrón que se usa para medir una magnitud.

Medir

Consiste en comparar una magnitud con la unidad de medida correspondiente.

Magnitud física

Es cualquier propiedad que se puede medir de forma objetiva.

Cota máxima y mínima

Son el mayor y menor valor que puede medir un instrumento.

Sensibilidad

Es la variación más pequeña de la magnitud que un instrumento puede detectar o medir.

Ecuación física

Es la expresión matemática que relaciona diferentes magnitudes físicas.

Propiedades de la Materia

Clasificación de Propiedades

Propiedades de la materia

Son las características que definen a la materia.

Propiedades generales

Son comunes a toda la materia y no permiten diferenciar una sustancia de otra (ej. masa, volumen).

Propiedades específicas

Permiten diferenciar una sustancia de otra (ej. densidad, punto de ebullición).

Propiedades Específicas Clave

Masa

Cantidad de materia que tiene un cuerpo. Unidad en el SI: kilogramo (kg).

Volumen

Es el espacio que ocupa un cuerpo. Unidad de capacidad relacionada: Litro (L).

Densidad

Relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa (d = m/V).

Sustancias y Mezclas

Tipos de Sustancias

Sustancia pura

Aquella que no se puede descomponer en otras más sencillas por métodos físicos.

Sustancia simple (Elemento)

Formada por un solo tipo de átomo. No se descompone en otras más sencillas por métodos químicos.

Sustancia compuesta (Compuesto)

Formada por dos o más tipos de átomos unidos químicamente. Se puede descomponer en sustancias más simples por métodos químicos.

Mezclas y Disoluciones

Mezcla heterogénea

Sus componentes se distinguen a simple vista o con instrumentos ópticos sencillos.

Mezcla homogénea (Disolución)

Sus componentes no se distinguen a simple vista. Ejemplo: agua con sal. Para obtener los componentes puros de una mezcla, se usan métodos de separación.

Disolvente

Es el componente que se encuentra en mayor proporción en una disolución.

Soluto

Es el componente que se encuentra en menor proporción y se disuelve en el disolvente.

Concentración de las Disoluciones

Concentración

Indica la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de disolvente o de disolución.

Disolución diluida

Contiene una pequeña cantidad de soluto en comparación con la máxima posible (solubilidad).

Disolución concentrada

Contiene una cantidad considerable de soluto, cercana a la solubilidad.

Disolución saturada

Contiene la máxima cantidad de soluto que el disolvente puede disolver a una temperatura dada. Está en equilibrio con el soluto no disuelto.

Disolución sobresaturada

Contiene más soluto disuelto que la cantidad correspondiente a la saturación a esa temperatura. Es un estado inestable.

Separación de Mezclas

Métodos para Mezclas Heterogéneas

Decantación

Método para separar componentes de diferente densidad en mezclas heterogéneas (líquido-líquido inmiscibles o sólido-líquido). Ejemplo: agua y aceite.

Filtración

Permite separar un sólido insoluble de un líquido en una mezcla heterogénea usando un filtro.

Centrifugación

Acelera la separación de componentes de diferente densidad en mezclas heterogéneas (sólido-líquido o líquido-líquido) mediante fuerza centrífuga.

Métodos para Mezclas Homogéneas

Cristalización

Método para separar un soluto sólido disuelto en un líquido (mezcla homogénea). Se basa en la formación de cristales del soluto al evaporar el disolvente o enfriar la disolución saturada.

Destilación

Permite separar componentes de una disolución líquida (mezcla homogénea) basándose en sus diferentes puntos de ebullición.

Coloides

Coloide

Mezcla con características intermedias entre las suspensiones (heterogéneas) y las disoluciones (homogéneas). Las partículas dispersas son más grandes que en las disoluciones pero no sedimentan fácilmente. Ejemplo: gelatina, mayonesa, humo.

Estados de la Materia y Teoría Cinética

Propiedades según el Estado

Forma y volumen (en sólidos)

La materia en estado sólido tiene forma y volumen constantes.

Capacidad para fluir (Fluidez)

Propiedad de líquidos y gases que les permite moverse y adaptarse a la forma del recipiente.

Viscosidad

Resistencia que presentan los fluidos (líquidos y gases) a fluir.

Compresibilidad

Capacidad de una sustancia (especialmente gases) para disminuir su volumen bajo presión.

Difusión

Capacidad de las partículas de una sustancia para mezclarse espontáneamente con las de otra.

Teoría Cinético-Molecular (TCM)

Postulados:

1. La materia está formada por partículas (átomos, moléculas, iones).
2. Estas partículas están en continuo movimiento aleatorio.
3. Existen fuerzas de atracción y repulsión entre las partículas.

La intensidad de estas fuerzas y el movimiento explican los estados de agregación (sólido, líquido, gas), que dependen del equilibrio entre las fuerzas de atracción (orden) y la energía cinética de las partículas (desorden/movimiento).

Presión y Temperatura

Presión

Fuerza ejercida por unidad de superficie (P = F/A).

Presión atmosférica

Presión ejercida por la masa de aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre.

Temperatura

Medida relacionada con la energía cinética promedio de las partículas que componen un sistema material.

Escalas de temperatura

Permiten medir la temperatura. La escala Celsius (centígrada) se define asignando 0°C al punto de fusión del agua y 100°C a su punto de ebullición (a presión atmosférica normal), dividiendo el intervalo en 100 grados.

Cambios de Estado

Cambios de estado

Procesos mediante los cuales la materia pasa de un estado de agregación a otro debido a cambios en la temperatura o la presión (fusión, solidificación, vaporización, condensación, sublimación, sublimación inversa).