Fundamentos Esenciales de la Materia: Propiedades Físicas, Estados y Teoría Atómica

Propiedades Generales de la Materia

Son las propiedades que presenta todo cuerpo material sin excepción y al margen de su estado físico. Así tenemos:

• Masa: Es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera. La masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o en otro planeta.
• Volumen: Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio.
• Peso: Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los cuerpos. En los lugares donde la fuerza de gravedad es menor, por ejemplo, en una montaña o en la Luna, el peso de los cuerpos disminuye.
• Divisibilidad: Es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de poder dividirse en pedazos más pequeños, hasta llegar a las moléculas y los átomos.
• Porosidad: Como los cuerpos están formados por partículas diminutas, estas dejan entre sí espacios vacíos llamados poros.
• Inercia: Es una propiedad por la que todos los cuerpos tienden a mantenerse en su estado de reposo o movimiento.
• Impenetrabilidad: Es la imposibilidad de que dos cuerpos distintos ocupen el mismo espacio simultáneamente.
• Movilidad: Es la capacidad que tiene un cuerpo de cambiar su posición como consecuencia de su interacción con otros.
• Elasticidad: Propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su forma cuando se les aplica una fuerza adecuada y de recobrar la forma original cuando se suspende la acción de la fuerza. La elasticidad tiene un límite; si se sobrepasa, el cuerpo sufre una deformación permanente o se rompe. Hay cuerpos especiales en los cuales se nota esta propiedad, como en una liga o en la hoja de un cuchillo; en otros, la elasticidad se manifiesta poco, como en el vidrio o en la porcelana.

Estados de Agregación de la Materia

Estado Sólido

Los objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de forma definida; sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras estrechas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente.

Estado Líquido

Si se incrementa la temperatura, el sólido va perdiendo forma hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido.

Estado Gaseoso

Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma ni volumen propio.

Plasma

El plasma es un gas ionizado, es decir, que los átomos que lo componen se han despojado de algunos de sus electrones. Por ejemplo, los rayos durante una tormenta.

Transformaciones Físicas de la Materia

Un cambio físico modifica algunas propiedades de la sustancia, pero no hay motivos para suponer que se ha formado una nueva.

Fusión

Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.

Solidificación

Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento.

Vaporización y Ebullición

Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso.

Condensación

Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que pasa de forma gaseosa a forma líquida.

Sublimación

Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Por ejemplo, el hielo seco.

Sublimación Regresiva

De gaseoso a sólido. Ejemplo: la nieve.

Sublimación Progresiva

De sólido a gaseoso. Ejemplo: hielo seco.

Clasificación Química de la Materia

Sustancias Puras

Sustancia química particular compuesta de la misma clase de materia con partículas del mismo tipo en toda su extensión y puede ser un elemento o un compuesto.

Sustancias Simples

Es aquella en que sus moléculas están formadas por una sola clase de átomo. Por ejemplo, el oxígeno (O₂) y el ozono (O₃).

Ejemplos:

• Oxígeno molecular (O₂)
• Una pepita de oro (Au)
• Fósforo (P)

Sustancias Compuestas

Es aquella sustancia pura en cuya composición encontramos varias clases de átomos en una proporción constante.

Ejemplos:

• Agua (H₂O, hidrógeno y oxígeno)
• Sal de mesa (NaCl, sodio y cloro)

Metales y No Metales

No Metales: Se denomina no metales a los elementos químicos opuestos a los metales, pues sus características son totalmente diferentes.

Ejemplos de No Metales:

• Madera
• Plástico
• Papel
• Cartón

Metales: Se denomina metal a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad.

Ejemplos de Metales:

• Oro
• Plata
• Bronce
• Cobre

Soluciones Químicas y Unidades de Concentración

Propiedades Físicas de las Soluciones

Las propiedades físicas son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su composición. Por ejemplo, cuando moldeas un trozo de plastilina, sus átomos no se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma. Estas propiedades pueden variar en tres estados distintos como: Estado Sólido, Líquido y Gaseoso.

Porcentaje Masa-Masa (% m/m)

% M/M: Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100 unidades de masa de la disolución.

Por ejemplo, si se disuelven 20 g de azúcar en 80 g de agua, el porcentaje en masa será: 100 · 20 / (80 + 20) = 20% o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20% m/m.

Ejercicios:

% m/m = 6 grs x 100 / 80 grs

% m/m = 7.5

Porcentaje Volumen en Volumen (% v/v)

Es la cantidad de mililitros o centímetros cúbicos que hay en 100 mililitros o centímetros cúbicos de solución. Ej: Una solución 16% v/v tiene 16 ml de soluto por 100 ml de solución.

Fórmula: % v/v = [Soluto / Solución] x 100

Porcentaje Masa en Volumen (% m/v)

Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100 ml de solución. Aquí, como se observa, se combina el volumen y la masa. Ej: Una solución que es 8% m/v tiene 8 gramos de soluto en 100 ml de solución.

Fórmula: % m/v = [Masa de Soluto / Volumen de Solución] x 100

El Átomo y la Evolución de la Teoría Atómica

El Modelo de Bohr

El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), postula que la materia está formada por moléculas, y estas a su vez, por átomos. El átomo es, por tanto, la parte más pequeña de la materia.

El Modelo Atómico de Sommerfeld

El Modelo atómico de Sommerfeld es un modelo atómico hecho por el físico alemán Arnold Sommerfeld (1868-1951) que básicamente es una generalización relativista del modelo atómico de Bohr (1913).

Modelo Atómico Actual

El modelo atómico actual fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg. Es un modelo de gran complejidad matemática.

Propiedades del Átomo

1. Los átomos de un mismo elemento son iguales (tamaño, peso y características). Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes. (Teoría de Dalton)
2. Los átomos se unen entre sí en proporciones definidas para formar compuestos. (Teoría de Dalton)
3. La masa del átomo está concentrada en su núcleo; los electrones viajan en órbitas alrededor del núcleo. El núcleo tiene una carga eléctrica positiva; los electrones tienen carga negativa. La suma de las cargas de los electrones es igual en magnitud a la carga del núcleo, por lo que el estado eléctrico normal del átomo es neutro. (Teoría de Rutherford)
4. Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas. (Teoría de Dalton)