Fundamentos de la Materia: Propiedades, Estados y Transformaciones Físicas

Conceptos Fundamentales de la Materia

Masa

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

• 1 tonelada = 1000 kg
• 1 kg = 1.000.000 mg (miligramos)

Volumen

El volumen es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el metro cúbico (m³).

Fórmulas de Volumen (Geometría)

Aunque el volumen es una propiedad fundamental de la materia, su cálculo para formas geométricas específicas sigue fórmulas matemáticas:

• Cilindro: V = π · r² · h (donde π ≈ 3.1416, r es el radio y h es la altura)
• Cono: V = (1/3) · A_b · h = (1/3) · π · r² · h (donde A_b es el área de la base, r es el radio y h es la altura)

Densidad

La densidad es una propiedad característica de la materia y su valor no depende de la cantidad de materia presente. Se define como la relación entre la masa y el volumen de una sustancia.

Se mide en kilogramos por metro cúbico (kg/m³) en el Sistema Internacional.

Fórmula: D = M/V (donde D es densidad, M es masa y V es volumen)

Equivalencias comunes:

• 1 g/mL = 1 g/cm³
• 1 kg/L = 1000 kg/m³

Estados de Agregación de la Materia

La materia se presenta en la naturaleza principalmente en tres estados de agregación:

Sólido

En el estado sólido, las fuerzas de cohesión entre las partículas son muy intensas, lo que las mantiene muy próximas y ordenadas. Las partículas tienen un movimiento de vibración alrededor de una posición fija, ocupando un volumen definido y una forma constante. Al ocupar el menor volumen posible para una masa dada, la relación masa/volumen es mayor, por lo que la densidad de los sólidos suele ser alta.

Líquido

En el estado líquido, las partículas están más separadas que en los sólidos y las fuerzas de atracción son menos intensas, permitiendo mayor movilidad. Sus posiciones no son fijas, lo que les permite fluir y adoptar la forma del recipiente que los contiene. Aunque las fuerzas de cohesión siguen siendo significativas, impiden que las partículas se expandan libremente como en los gases.

Gas

En el estado gaseoso, las partículas se encuentran muy separadas, por lo que las fuerzas de cohesión son casi nulas. Las partículas se pueden mover libremente y tienden a ocupar todo el volumen disponible del recipiente que las contiene. Debido a la gran separación entre partículas, es fácil comprimir los gases con facilidad.

Temperatura Absoluta y Presión de un Gas

La temperatura absoluta de un gas es una medida de la energía cinética media de sus partículas. Se define en relación con el cero absoluto, la temperatura teórica a la que las partículas no tendrían energía cinética, es decir, no se moverían en absoluto.

Según la teoría cinética molecular, la presión de un gas es el resultado de las colisiones de sus partículas contra las paredes del recipiente que las contiene.

Cambios de Estado de la Materia

Los cambios de estado son procesos físicos que se producen cuando una sustancia pasa de un estado de agregación a otro diferente, generalmente debido a variaciones de temperatura o presión.

Fusión (Transformación de Sólido a Líquido)

Cuando se calienta una sustancia en estado sólido, su temperatura aumenta. Al alcanzar un punto específico, denominado punto de fusión, la temperatura deja de aumentar y permanece constante. Durante este proceso, las partículas emplean toda la energía absorbida para vencer las fuerzas de cohesión que las mantenían unidas y separarse, permitiendo el paso del estado sólido al líquido.

Vaporización/Ebullición (Transformación de Líquido a Gas)

De forma análoga, al calentar un líquido, sus partículas irán ganando velocidad y aumentará su energía cinética. Al alcanzar el valor del punto de ebullición, la temperatura deja de aumentar y permanece constante. La energía absorbida se invierte en vencer las fuerzas que mantenían unidas las partículas del líquido, permitiendo que la sustancia pase al estado gaseoso.