Conceptos Fundamentales de la Materia: Propiedades, Estados y Composición

¿Qué es la Materia?

Es todo lo que tiene masa y ocupa un cierto espacio.

Propiedades de la Materia

• Independientes: No dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: densidad, temperatura, color, punto de fusión o ebullición, dureza o brillo.
• Dependientes: Dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: masa y volumen.

Estados de Agregación

La materia se puede presentar en estado sólido, líquido o gaseoso.

Sólido

• Tienen forma propia.
• No se comprimen.
• Su volumen es constante.
• Su densidad es próxima a la de los líquidos.
• No fluyen.

Líquido

• Adoptan la forma del recipiente que los contiene.
• Se comprimen con dificultad.
• Su volumen es prácticamente constante.
• Son más densos que los gases.
• Pueden fluir.

Gas

• No tienen forma propia.
• Se comprimen con facilidad.
• Se expanden llenando el volumen del recipiente que los contiene.
• Su densidad es muy baja comparada con la de los sólidos y los líquidos.
• Pueden fluir.

Teoría Cinético-Molecular

La materia es discontinua, está formada por pequeñas partículas entre las que hay vacío y se mantienen unidas entre sí mediante la fuerza de atracción. Explica que las partículas están en continuo movimiento y a mayor temperatura, mayor movimiento.

Sólido

La fuerza de atracción es muy intensa y las partículas están muy juntas ocupando posiciones fijas. Solo tienen libertad para realizar pequeñas vibraciones en torno a estas posiciones.

Líquidos

La fuerza de atracción es más débil y las partículas se encuentran a distancias similares que en los sólidos, pero pueden deslizarse unas sobre otras.

Gas

La fuerza de atracción es prácticamente nula y las partículas están muy separadas moviéndose en todas direcciones, chocando con las paredes del recipiente y ejerciendo presión sobre él.

Relación entre Temperatura, Presión y Volumen

• Temperatura constante: El volumen no varía.
• Presión constante: El volumen varía con la temperatura.
• Volumen constante: La presión varía con la temperatura.

Cambios de Estado

Sublimación → Sólido → Líquido (Fusión) → Líquido → Gas (Vaporización). Regresiva → Gas → Líquido (Condensación) → Líquido → Sólido (Solidificación). Progresivos: el cuerpo absorbe calor. Regresivos: el cuerpo cede calor.

Cambios de Estado y Teoría Cinético-Molecular

Fusión

Al calentar un sólido, aumenta la vibración de las partículas haciendo que se separen unas de otras, venciendo la fuerza de atracción que las unía. El sólido pierde fortaleza y rigidez y pasa a estado líquido.

Vaporización

Al calentar un líquido, aumenta la energía de las partículas y pueden alejarse con facilidad unas de otras. El líquido pasa a estado gaseoso.

Sustancias Puras y Mezclas

Sustancias Puras

Sistema material constituido por un solo componente, teniendo propiedades características y constantes.

Mezclas

Sistemas materiales formados por la combinación de dos o más sustancias puras, cuya proporción puede ser variable y los componentes conservan sus propiedades.

• Homogéneas: Formadas por dos o más componentes que no se distinguen visualmente, presentando las mismas propiedades y composición en todos los puntos.
• Heterogéneas: Se pueden distinguir a simple vista y sus propiedades y composición varían en función de la muestra que se tome.

Disoluciones

Mezcla homogénea de dos o más componentes de sustancias puras que se han mezclado para formarla.

• Soluto: Sustancia de menor proporción.
• Disolvente: Sustancia de mayor proporción.

• Diluidas: Contienen poca cantidad de soluto.
• Concentradas: Gran cantidad de soluto.
• Saturadas: No admiten más cantidad de soluto.

Métodos de Separación de Mezclas

• Métodos Mecánicos: Separación de componentes de mezclas heterogéneas (filtración, decantación).
• Métodos Físicos: Separación de componentes de mezclas homogéneas (destilación).

Filtración

Separa las sustancias sólidas que se encuentran mezcladas con líquidos utilizando un filtro.

Decantación

Separa mezclas líquidas inmiscibles con diferente densidad o de un sólido depositado en el fondo del recipiente.

Destilación

Fundamentalmente para separar líquidos con distintos puntos de ebullición y sólidos no volátiles disueltos en líquidos. Los líquidos hierven a temperaturas diferentes.

Elementos y Compuestos

Elementos

No pueden descomponerse en sustancias más sencillas por procesos físico-químicos. Constituyentes básicos de la materia.

Compuestos

Formados por dos o más elementos que pueden descomponerse por procesos químicos.

Procesos Físicos y Químicos

Proceso Físico

Cambios producidos en la materia sin alterar su constitución, sin formar nuevas sustancias, por lo que no pierden sus propiedades.

Proceso Químico

Cambio que presentan las sustancias al reaccionar unas con otras, perdiendo sus características originales y dando lugar a otras con propiedades diferentes.

Materia y Átomos

La materia está formada por la unión de diminutas partículas llamadas átomos. El átomo no es indivisible, está formado por partículas más pequeñas llamadas subatómicas: Electrón (-), Protón (+) y Neutrón.

Modelos Atómicos

• Thomson: La carga positiva forma una especie de esfera gelatinosa, los electrones se insertan dentro de la esfera neutralizando la carga positiva del átomo.
• Rutherford: Átomo formado por un núcleo central que contiene casi toda la masa del átomo y una zona vacía, la corteza. En el núcleo están los protones y neutrones, y en la corteza, girando en torno al núcleo, los electrones, con una masa menor que protones y neutrones. El núcleo tiene una dimensión muy pequeña frente al átomo, que tiene en su interior un gran espacio vacío donde no existe materia.

Número Atómico (Z)

Es el número de protones que tiene un átomo en su núcleo y en un átomo neutro coincide con el número de electrones.

Número Másico (A)

Suma del número de protones y neutrones que tiene un átomo. Representa prácticamente toda la masa del átomo. Nº de neutrones = A - Z.

Iones

Poseen un número de protones ligeramente superior o inferior al de electrones. Si gana electrones es negativo o ANIÓN, si pierde es positivo o CATIÓN.

Isótopos

Átomos del mismo elemento con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones, por lo que el número másico es diferente. Mismo número atómico, diferente número másico. Neutrones = A - Z.

Redes Cristalinas y Moléculas

• Redes Cristalinas: Agrupación ordenada de átomos iguales o de cationes y aniones.
• Moléculas: Agrupación de átomos iguales o distintos.

Enlaces Químicos

• Enlace Metálico: Tienen lugar entre elementos metálicos, forman estructuras cristalinas, son agrupaciones de átomos iguales.
• Enlace Covalente: Se produce entre elementos no metálicos entre sí o con el hidrógeno, forman moléculas, son agrupaciones de dos o más átomos iguales o distintos.
• Enlace Iónico: Los elementos metálicos se unen a los no metálicos, forman redes cristalinas similares a las de enlaces metálicos pero formadas por iones.

Hidruros

Combinaciones binarias del hidrógeno con los distintos elementos. Pueden ser metálicos, formados por la unión del hidrógeno y un metal, o no metálicos, formados por un hidrógeno y un no metal.

• Hidruros Metálicos: Fórmula: NaH. Nombre: Hidruro de sodio.
• Hidruros No Metálicos: Fórmula: HF. Nombre: acabado en -uro. Fluoruro de hidrógeno.

Óxidos

Combinaciones binarias del oxígeno con los distintos elementos. Pueden ser metálicos, formados por oxígeno y un metal, o no metálicos, formados por oxígeno y un no metal.

• Óxidos Metálicos y No Metálicos: Fórmula: Na₂O. Nombre: Óxido de sodio.

Compuestos del Carbono

Todos tienen como elementos básicos el carbono y el hidrógeno, y en su composición pueden entrar otros elementos como oxígeno, azufre, etc. Forman cadenas de átomos de carbono abiertas y cerradas. Sus temperaturas de fusión suelen ser bajas. Normalmente se descomponen al elevar la temperatura. Suelen arder en condiciones adecuadas. Suelen disolverse en otros compuestos del carbono y muchos de ellos bien en agua.

Hidrocarburos

Compuestos del carbono más sencillos, formados solo por carbono e hidrógeno. La fuente más importante es el petróleo. Son compuestos volátiles. Son gases los que poseen hasta 5 átomos de carbono; líquidos de 5 a 17 y sólidos a partir de 18. Prácticamente insolubles en agua, pero se mezclan muy bien entre ellos y se disuelven en otros compuestos del carbono. Todos arden y producen dióxido de carbono, agua y energía, y se utilizan como combustible: metano, propano y butano, gasolina y gasóleo.