Unidad 3

Materia y energía

 

3.1 Materia

Desde la existencia del hombre, éste se ha preocupado por estudiar la materia, su composición, estructura, propiedades y transformaciones de energía.

El concepto tradicional la define como "Todo lo que tiene masa, energía y ocupa un lugar en el espacio" Albert Einstein.

En la actualidad, se considera la materia formando parte del universo, constituida por partículas, átomos y moléculas; luego la química se interesa por estas partículas, pues se encuentran en infinidades de sustancias simples y complejas.

Unos ejemplos son: el aire, la sangre, la leche, la gasolina, los azúcares y muchas otras más. La materia puede encontrarse en forma de una mezcla, o como sustancia pura y la identificación se realiza por medio de sus propiedades físicas y químicas.

 

3.2 Propiedades de la materia

La materia posee dos clases de propiedades a saber:

la materia posee dos propiedades a saber

3.2.1 Propiedades específicas

Corresponde a las propiedades particulares, son aquellas que permiten diferenciar una sustancia de otra como el punto de fusión, ebullición, densidad y dureza.

 

3.2.1.1 Dureza

Es la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado por otro. Existe una escala convencional denominada "Escala de dureza de Mohs". Se le dio este nombre por Friedrich Mohs, naturista alemán. Esta escala se usa para determinar la dureza relativa de un cuerpo; consta de diez minerales numerados en el orden de dureza, o sea, que cada uno es más duro que el anterior, por eso el diamante ocupa el décimo lugar.

Estos minerales son:

1. Talco

2. Yeso

3. Calcita

4. Apatita

5. Ortosa

6. Cuarzo

7. Topacio

8. Coridón

9. Diamante

Para determinar la dureza se realizan las siguientes pruebas:

1. La prueba de rayado. Se elige un material más duro para rayar uno más blando.

2. Elección de materiales. Dos materiales de igual dureza no se rayan entre sí.

3. Elección del patrón Establece si los minerales de la escala, pueden ser rayados o no por el material de estudio. Por ejemplo, la galena es rayada por la calcita de dureza 3 en la escala, pero a su vez, la galena raya al yeso que tiene una dureza de 2 en la escala, de donde se puede deducir que si la galena se encuentra en la escala entre 2 y 3, su valor aproximado es de 2,5.

A continuación se encuentra la dureza de algunos materiales.

 

3.2.1.2 Densidad

Para sólidos y líquidos, la densidad se expresa en: gramos masa por centímetros cúbicos o mililitros.

E n los gases la densidad en se expresa en gramos masa por litro. La relación entre la densidad absoluta de un cuerpo y la densidad absoluta del patrón. Se denomina Densidad relativa.

 

 

Ejemplos: · Calcular la densidad del alcohol etílico, sabiendo que 80 mililitros, pesan (tienen una masa) de 64 gramos. Solución

· Calcular la densidad de un cubo de aluminio de 3 centímetros de arista, si su masa es de 45 gramos. Solución

Solución

· Calcular la densidad y el peso específico (densidad relativa) de un cuerpo, que pesa 210 gramos y tiene un volumen de 13 centímetros cúbicos. Solución

 

La densidad y el peso específico (densidad relativa), son numéricamente, iguales, entonces:

3.2.1.3 Propiedades físicas

Son las que no necesitan de un patrón para ser medidas, ejemplo, el punto de fusión y ebullición. Los cambios de estado de la materia son propiedades físicas.

 

El paso del estado sólido al gaseoso se denomina sublimación.

 

3.2.1.4 Propiedades químicas

Se necesita un patrón de referencia y demuestran la capacidad que tienen las sustancias para reaccionar o transformarse en otra u otras, ejemplo, la combustión.

 

3.2.1.5 Propiedades intensivas

No depende de la cantidad de sustancia analizada, como el punto de fusión, ebullición, conductibilidad eléctrica o de calor.

 

3.2.1.6 Propiedades organolépticas

Se denominan así, aquellas que pueden ser identificadas por los órganos de los sentidos como: color, olor, sabor, solubilidad, brillo, textura.

3.2.2 Propiedades generales o extrínsecas

Se denominan también propiedades genéricas o extrínsecas, son aquellas comunes a todo tipo de materia, por esto, no se pueden diferenciar las sustancias, ejemplo: la masa, peso y volumen.

 

3.2.2.1 Volumen

Todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio; es una característica inherente a la materia. El volumen depende de tres dimensiones: largo, ancho y alto.

3.2.2.2 Impermeabilidad

Es una consecuencia del volumen, debido al lugar que ocupa en el espacio, un cuerpo no puede ser ocupado por otro en el mismo momento.

3.2.2.3 Masa

Es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es un valor absoluto no tiene valores negativos. La masa está determinada por la inercia o tendencia de los cuerpos a mantener su estado de movimiento o de reposo, mientras no haya una interferencia que altere su estado. La inercia es directamente proporcional a la masa y no varía con factor externo alguno, es una propiedad extrínseca de los cuerpos. La masa se representa por la letra mayúscula M. Se mide con la balanza y sus unidades son: Kilogramos, gramos, y demás submúltiplos.

3.2.2.4 Peso

Es la fuerza con que la Tierra atrae los cuerpos. Es un valor relativo que depende de la distancia a la que se encuentre el cuerpo del centro de la Tierra, es proporcional a la masa; ésta se mide por medio del dinamómetro y se expresa en kilogramos, gramos. El peso está determinado por la gravedad, varía cuando se cambia de lugar y se expresa como, el producto de la mas por la gravedad:

3.3 Energía

Se denomina energía, a los diferentes tipos de movimiento de la materia, es la capacidad de realizar un trabajo.


3.3.1 Formas de energía

La energía se presenta en diferentes formas:

· Energía potencial.

· Energía cinética.

· Energía eléctrica.

· Energía lumínica.

· Energía nuclear.

· Energía química.

· Energía magnética.

· Energía radiante.

3.3.1.1 Energía potencial

Se denomina así, la energía actuante, o no visible que se encuentra almacenada en los cuerpos en reposo.

· Por ejemplo, el agua de una represa tiene la capacidad de generar otros tipos de energía como la cinética y la eléctrica.

· Los compuestos químicos tienen la capacidad de producir energía calórica, como es el caso de la combustión.

· Las sustancias radiactivas pueden generar energía calórica y eléctrica.

· La energía química y nuclear, son formas de energía potencial.

3.3.1.2 Energía cinética

También se denomina actuante o visible es la que poseen los cuerpos al encontrarse en movimiento. Ejemplo, la energía eléctrica, que se transforma en energía lumínica y calórica, como en el caso de las bombillas, el calentador y las estufas.

La ecuación de la energía cinética está dada por la relación existente entre la masa y la velocidad. Se expresa así:

3.3.2 Ecuación de la energía: establecida por Albert Einstein "personaje mundial del siglo", relaciona materia y energía en la siguiente ecuación.

Albert Einstein personaje del siglo

 

Esta ecuación indica que:

· La energía producida es proporcional a la masa transformada.

 

3.3.3 Unidades de la energía

La energía se expresa en:

· Julios

· Ergios

· Calorías

· B.T.U

· Electrón voltio

· Kilovatio

- hora

Las equivalencias son: