Exploración de las Propiedades y Transformaciones de la Materia
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Propiedades y Transformaciones de la Materia
1. Propiedades Extrínsecas o Generales
Son las cualidades que nos permiten reconocer a la materia, como la extensión. Son aditivas debido a que dependen de la cantidad de la muestra tomada. Para medirlas definimos magnitudes, como la masa, para medir la inercia, y el volumen, para medir la extensión (no es realmente una propiedad aditiva exacta de la materia en general, sino para cada sustancia en particular, porque si mezclamos, por ejemplo, 50 ml de agua con 50 ml de etanol, obtenemos un volumen de disolución de 96 ml). Hay otras propiedades generales como la interacción, que se mide mediante la fuerza. Todo sistema material interacciona con otros en forma gravitatoria, electromagnética o nuclear. También es una propiedad general de la materia su estructura corpuscular, lo que justifica que la cantidad se mida para ciertos usos en moles.
2. Propiedades Intrínsecas o Específicas
Son las cualidades de la materia independientes de la cantidad que se trate, es decir, no dependen de la masa. No son aditivas y, por lo general, resultan de la composición de dos propiedades extensivas. El ejemplo perfecto lo proporciona la densidad, que relaciona la masa con el volumen. Es el caso también del punto de fusión, del punto de ebullición, el coeficiente de solubilidad, el índice de refracción, el módulo de Young, etc.
La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto. En algunas condiciones se puede sobrepasar, denominándose a estas soluciones sobresaturadas. El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra.
El índice de refracción de un medio homogéneo es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio. De forma más precisa, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud, esto es, el número de onda en el medio (k) será n veces más grande que el número de onda en el vacío (k0).
La densidad es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.
El punto de fusión es la temperatura a la cual el estado sólido y el estado líquido de una sustancia coexisten en equilibrio térmico, a una presión de una atmósfera. Al efecto de fundir un metal se le llama fusión (no confundir con el punto de fusión).
El punto de ebullición en un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones, se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.
3. Transformaciones Físicas
Son aquellas en donde las sustancias que intervienen no presentan cambios, siendo el peso inicial de la materia idéntica al peso final. Por ejemplo, la construcción de una mesa de madera a partir del tronco de un árbol o la rotura de un vidrio en varios fragmentos tras un golpe o caída. En efecto, tanto la madera como el vidrio conservan la misma estructura molecular a pesar de haber sido transformadas. Solvente + soluto = solución.
4. Transformaciones Químicas
Son aquellas en que las sustancias que intervienen presentan cambios en su constitución. Las transformaciones o cambios químicos se denominan reacciones químicas, donde por una redistribución de los átomos, una o varias sustancias (reactivos) se transforman en otras sustancias (producto de la reacción).
5. Sustancia Pura
Son especies químicas que tienen una composición definida e invariable; y porque presentan un conjunto de características por las cuales pueden ser identificadas (propiedades físicas y químicas).
5.1. Compuesto Químico
Son combinaciones químicas de dos o más elementos diferentes, cuya proporción es definida. En otras palabras, los compuestos son sustancias puras constituidas de más de una clase de átomos y los átomos se combinan siguiendo una relación numérica sencilla y determinada.
Los compuestos químicos también se encuentran definidos por sus propiedades físicas.
Los compuestos químicos pueden clasificarse de acuerdo al número y al tipo de elementos combinados.
- Según el número de elementos, hay compuestos binarios (2 elementos), ternarios (3 elementos) y cuaternarios (4 elementos).
- Considerando el tipo de elemento, se reconocen compuestos orgánicos e inorgánicos.
6. Materia Homogénea
Es materia cuyos componentes no pueden ser distinguidos ni por el ojo humano ni por un microscopio convencional. En cuanto a sus características, sus partículas están colocadas de forma uniforme y su composición se mantiene constante en cualquiera de sus partes. Por ejemplo, el azúcar.
7. Materia Heterogénea
Es materia cuyos componentes sí pueden ser distinguidos tanto por el ojo humano como por un microscopio poco potente. Al contrario que las materias homogéneas, la distribución de sus partículas no es uniforme y, por lo tanto, la composición en todos sus puntos no es la misma. Por ejemplo, la sangre o el granito.
8. Separación de Mezclas
8.1. Destilación (Líquido)
Las soluciones (sistemas homogéneos) o mezclas de líquidos miscibles pueden separarse por cambios de estado: congelación, evaporación y condensación. Para separar los componentes de una solución se emplea con frecuencia la destilación; también se usa para purificar las sustancias líquidas.
El agua se destila con el fin de eliminar las sales contenidas en ésta. La destilación se basa en la diferencia de los puntos de ebullición de sus componentes. Se calienta la solución y se concentran los vapores, la sustancia que tiene menor punto de ebullición (más volátil) se convierte en vapor antes que la otra; ésta primera sustancia se hace pasar al condensador para llevarla a estado líquido.
8.2. Cristalización (Sólido)
En este proceso se utilizan los puntos de solidificación. La solución se enfría hasta que uno de sus componentes alcance el punto de solidificación y se cristalice. Se emplea además para purificar sólidos, disolviendo un sólido impuro en el disolvente adecuado en caliente. Al bajar la temperatura, el primer sólido se cristaliza, con lo cual quedará libre de impurezas.
8.3. Decantación (Sólido-Líquido)
Se usa para separar mezclas formadas por sólidos y líquidos o por más de dos o más líquidos no miscibles (no solubles). Consiste en dejar reposar el líquido que contiene partículas sólidas en suspensión.
Luego se transvasa con cuidado el líquido (menos denso) a otro recipiente. Puede utilizarse una varilla de vidrio a fin de retener alguna partícula sólida que trate de pasar.
Esta técnica se utiliza también con líquidos no miscibles, como el agua y el aceite. Se emplea con frecuencia el embudo de separación o de decantación.