Fundamentos de la Materia: Masa, Volumen y Estados Físicos

Fundamentos de la Materia: Masa y Volumen

La Masa

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el kilogramo (kg).

Medición de la Masa

Para medir la masa se necesita una balanza. Existen varios tipos:

• Balanza de brazos iguales: Mide la masa por comparación. Se van colocando diferentes pesas hasta equilibrar ambos brazos.
• Balanza electrónica de laboratorio: Marca la masa directamente en la pantalla. El mecanismo que lo hace posible puede ser mecánico o electrónico.

El Volumen

El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad en el SI es el metro cúbico ($\text{m}^3$).

Cálculo del Volumen

Para calcular el volumen, debemos tener en cuenta su forma y estado. Se utilizan dos métodos principales:

Métodos Matemáticos (Formas Regulares)

Cuando tienen forma regular, se determina a partir de sus dimensiones y de la fórmula del volumen correspondiente al cuerpo.

Método Experimental Directo

Este método sirve tanto para cuerpos regulares como irregulares. Consiste en sumergir el cuerpo en una probeta con agua; el aumento de volumen coincidirá con el volumen del cuerpo.

Propiedades Características de la Materia

Las propiedades características identifican a las sustancias y materiales de los que están hechos. Algunas propiedades importantes son:

• Estado físico (sólido, líquido, gaseoso).
• Dureza: Dificultad para rayarla.
• Densidad.
• Solubilidad en agua u otros disolventes.
• Conductividad eléctrica.
• Volatilidad: Facilidad para evaporarse.

Para poder reconocer una sustancia, debemos investigar sus propiedades, ya que estas son específicas para cada tipo de sustancia.

Estados de la Materia y sus Características

Sólido

• Volumen: Constante.
• Capacidad para comprimirse y expandirse: Casi nula.
• Forma: Constante; no se adapta a la forma del recipiente.

Líquido

• Volumen: Constante.
• Compresión y expansión: Se comprime y se expande poco.
• Forma: Variable; influye y se adapta a la forma del recipiente.

Gaseoso

• Volumen: Variable; ocupa el volumen del recipiente.
• Compresión y expansión: Se comprime y se expande con facilidad.
• Forma: Variable; fluye y ocupa todo el volumen del recipiente.

Propiedades Adicionales de los Sólidos

Algunas de las propiedades de los sólidos incluyen:

• Elasticidad: Capacidad para recuperar con facilidad su forma original.
• Rigidez: La propiedad opuesta a la elasticidad.
• Fragilidad: Si se puede romper con facilidad o es capaz de fracturarse con escasa deformación.
• Dureza: Cuando no se puede rayar fácilmente.

Teoría Cinético Molecular de la Materia

Conceptos Fundamentales

La materia está hecha de partículas muy pequeñas. La materia se encuentra en tres estados: sólido, líquido y gas.

No podemos comprimir líquidos ni sólidos; solo podemos disminuir el volumen de los gases.

Separación de Partículas

• Gases: Las partículas están más separadas.
• Líquidos y Sólidos: Las partículas están muy cercanas.

En los líquidos hay mayor rapidez de difusión.

Efecto de la Temperatura

Al elevarse la temperatura:

• En los líquidos, las partículas están juntas, pero la rapidez con la que se mueven aumenta.
• Los gases se expanden fácilmente.
• En los sólidos, la temperatura sube al frotar, y la rapidez con que se mueven las partículas aumenta con la temperatura. En los sólidos estas se encuentran unidas, pero al frotar vibran más que antes.

Postulados de la Teoría Cinético Molecular

Todas las sustancias están formadas por partículas (pueden ser moléculas, átomos o partículas elementales) que ejercen entre sí fuerzas de atracción o cohesión que las mantienen unidas. Las partículas están en movimiento constante.

Movimiento y Cohesión por Estado

Sólido

• Movimiento: Partículas fijas, juntas y ordenadas; vibran muy levemente.
• Volumen: Ocupan poco volumen.
• Fuerza de Cohesión: Intensas.
• Forma y Volumen: Constantes.
• Densidad: Alta.

Líquido

• Movimiento: Partículas más separadas, tienen más movilidad y se deslizan unas con respecto a otras.
• Fuerza de Cohesión: Intermedia.
• Forma y Volumen: Forma variable, volumen constante.
• Densidad: Media.

Gas

• Movimiento: Partículas muy separadas; pueden moverse libremente y a gran velocidad.
• Fuerza de Cohesión: Débiles.
• Forma y Volumen: Forma variable, volumen variable.
• Densidad: Muy baja.

Cambios de Estado y Presión

Cambios de Fase

En algunos cambios de estado se absorbe calor (como la fusión y la vaporización) y en otros se desprende (como la condensación y la solidificación).

Temperaturas de Transición

• Las sustancias puras tienen una temperatura de fusión determinada; en las mezclas no.
• Durante la fusión y la ebullición, la temperatura se mantiene constante. El punto de fusión y el punto de ebullición son propiedades características.

Presión en los Gases

Los choques de las partículas de un gas contra las paredes del recipiente constituyen la presión que ejerce el gas.

Relación Temperatura-Volumen-Presión

• A mayor temperatura: Mayor movimiento de partículas. Si la presión es constante, la distancia entre ellas será mayor, generándose un aumento de volumen.
• A mayor temperatura: Mayor movimiento de partículas y un mayor número de choques, por lo cual se produce un aumento de la presión si el volumen es constante.