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SEMANA 01 SEMANA : 01 MATERIA Y ENERGÍA MATERIA Llamamos materia a todo aquello que ocupa un lugar determinado en el universo o espacio, posee una cantidad determinada de energía y está sujeto a interacciones y cambios en el tiempo, que pueden ser medidos con algún instrumento de medición. Desde un punto de vista químico, la materia es el conjunto de los elementos constituyentes de la realidad perceptible, o sea, lo que constituye las sustancias a nuestro alrededor y a nosotros mismos. La química es la ciencia que se ocupa de estudiar la composición y transformación de la materia. ¿Qué son las propiedades generales de la materia? Cuando hablamos de las propiedades generales de la materia nos referimos al conjunto de características o cualidades físicas que posee la materia, que está compuesta por alguna (o más de una) sustancia. Esto significa que todo lo que existe y que podemos tocar o percibir está hecho de materia en alguno de sus cuatro estados de agregación: sólidos, líquidos, gases y plasmas A pesar de estar compuesta a menudo por distintos elementos químicos en distintas proporciones, la materia existe de manera homogénea (no se distinguen a simple vista sus elementos) o heterogénea (se perciben fácilmente sus elementos). Y dependiendo de su composición, variarán también sus propiedades físicas y químicas. En ese sentido, podemos hablar de distintos tipos de propiedades de la materia: Propiedades extrínsecas o generales. Son aquellas características que comparte absolutamente toda la materia, sin distinción de su composición, forma, presentación o elementos constitutivos. Las propiedades generales no permiten diferenciar una sustancia de otra. Algunas propiedades extrínsecas son la masa, el volumen, el peso y la temperatura. Propiedades intrínsecas o específicas. Son aquellas caracterizan a cada una de las sustancias. Estas propiedades pueden ser físicas (cualidades que posee la materia sin que cambie su naturaleza, como su punto de ebullición o densidad) o químicas (cualidades en las que hay un cambio de composición en la materia, como es el caso de la oxidación). Las propiedades generales de la materia, entonces, son: a)Extensión Dos átomos no pueden nunca ocupar el mismo espacio en el mismo instante de tiempo y, por eso, los objetos ocupan un espacio determinado, con un principio y un fin reconocibles. A esta propiedad se la conoce como extensión: el tamaño de la materia, la cantidad de espacio que ocupa. Este espacio o volumen se representa por su longitud, ancho o profundidad y altura.La extensión se mide en unidades de distancia, superficie o volumen, dependiendo del objeto en estudio. En el Sistema Internacional, estas unidades son los metros (m), metros cuadrados (m2) y metros cúbicos (m3), respectivamente. b) Masa La masa de los objetos es la cantidad de materia que hay congregada en ellos, es decir, la cantidad de materia que los compone. La masa se determina mediante la inercia que presenten o la aceleración que presente una fuerza actuando sobre ellos, y se mide en el Sistema Internacional con unidades de https://concepto.de/universo/ https://concepto.de/energia/ https://concepto.de/tiempo/ https://concepto.de/medicion/ https://concepto.de/realidad/ https://concepto.de/quimica/ https://concepto.de/ciencia/ https://concepto.de/materia/ https://concepto.de/sustancia/ https://concepto.de/estado-solido/ https://concepto.de/estado-liquido/ https://concepto.de/estado-gaseoso/ https://concepto.de/estado-plasmatico/ https://concepto.de/elemento-quimico/ https://concepto.de/mezcla-homogenea/ https://concepto.de/mezcla-heterogenea/ https://concepto.de/masa/ https://concepto.de/volumen/ https://concepto.de/peso/ https://concepto.de/temperatura/ https://concepto.de/punto-de-ebullicion/ https://concepto.de/punto-de-ebullicion/ https://concepto.de/densidad/ https://concepto.de/oxidacion/ https://concepto.de/tiempo/ https://concepto.de/espacio/ https://concepto.de/longitud/ https://concepto.de/sistema-internacional-de-unidades-si/ https://concepto.de/inercia/ https://concepto.de/aceleracion/ masa, como los gramos (g) o kilogramos (kg).No debe confundirse la masa con el peso (que es una magnitud vectorial, medida en Newtons), ni con la cantidad de sustancia (que se mide en moles). c) Peso El peso es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre los objetos. Se mide en Newtons (N) en el Sistema Internacional, porque se trata de una fuerza que ejerce el planeta sobre la materia, y es una magnitud vectorial, dotada de sentido y dirección. El peso de un cuerpo depende solo de su masa y de la intensidad del campo gravitacional al cual esté sometido. d) Elasticidad Esta propiedad permite a los cuerpos recuperar su forma original (memoria de forma) luego de haber sido sometidos a una fuerza externa que los obligara a perderla (deformación elástica). Es una propiedad que permite distinguir entre los elementos elásticos y los frágiles, es decir, entre los que recuperan su forma una vez eliminada la fuerza externa y aquellos que se fracturan en pedazos más pequeños. d) Inercia La inercia es la resistencia de la materia a modificar la dinámica de sus partículas frente a una fuerza externa. Es la propiedad de los cuerpos de permanecer en reposo relativo o mantener su movimiento relativo cuando no hay una fuerza externa que actúe sobre ellos. Existen dos tipos de inercia: la mecánica, que depende de la cantidad de masa, y la térmica, que depende de la capacidad calorífica y la conductividad térmica. e) Volumen El volumen es una magnitud escalar que refleja la cantidad de espacio tridimensional que ocupa un cuerpo. Se mide en el Sistema Internacional mediante metros cúbicos (m3) y se calcula multiplicando la longitud de un objeto, el ancho y su altura. f) Dureza La dureza es la resistencia que ejerce la materia frente a alteraciones físicas como el rayado, la abrasión o la penetración. Depende de la fuerza de unión de sus partículas. Así, los materiales duros tienden a ser impenetrables e inmodificables, mientras que los blandos pueden deformarse con facilidad. g) Densidad La densidad alude a la cantidad de materia presente en un material, pero también a qué tan juntas se encuentran sus partículas. Por eso, se la define como la masa dividido el volumen que ocupa esa masa. Los materiales densos son impenetrables y poco porosos, mientras que los poco densos pueden ser atravesados con facilidad porque hay espacios abiertos entre sus moléculas. La unidad estándar de medición de la densidad es de peso por volumen, es decir, kilogramos sobre metro cúbico (kg/m3). ¿Qué son las propiedades específicas o intrínsecas de la materia? Las propiedades específicas son características que tienen solamente algunas formas de la materia.La materia que conocemos posee numerosas características que nos permiten clasificarla, ordenarla y averiguar más sobre sus orígenes. Algunas de estas propiedades son generales, es decir, compartidas con todas las formas de materia que conocemos, como la longitud, el peso o el volumen. https://concepto.de/peso/ https://concepto.de/gravedad/ https://concepto.de/direccion/ https://concepto.de/campo-gravitatorio/ https://concepto.de/particulas-subatomicas/ https://concepto.de/movimiento/ https://concepto.de/conductividad-termica/ https://concepto.de/conductividad-termica/ https://concepto.de/densidad-de-la-materia/ https://concepto.de/molecula-2/ https://concepto.de/materia/ https://concepto.de/longitud/ https://concepto.de/peso/ https://concepto.de/volumen/ También existen propiedades específicas de la materia, es decir, propiedades que tienen solamente algunas formas de la materia, y que nos permiten diferenciar a un cuerpo de otro, a un elementode otro o a una sustancia de otra. Se llaman características esenciales o específicas, ya que son únicas dependiendo del tipo de materia estudiada. Estas propiedades tienen que ver principalmente con la naturaleza misma y el comportamiento físico de la materia, es decir, su reacción recurrente frente a ciertos estímulos. La materia del mismo tipo, digamos, de un mismo elemento, se comportará siempre igual ya que posee siempre las mismas propiedades específicas. El conocimiento de las propiedades específicas de un material es de gran utilidad. Un ejemplo de esto son las separaciones físicas de los componentes de una mezcla. Muchas veces para lograr esto, se utilizan métodos como la destilación, basados en la diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes de la mezcla. Entre las propiedades específicas de la materia podemos encontrar propiedades físicas y propiedades químicas. 1.- Propiedades físicas Definen la forma y el estado en que se puede dividir la materia. a) Densidad. El término densidad proviene del campo de la física y la química y alude a la relación que existe entre la masa de una sustancia (o de un cuerpo) y su volumen. Se trata de una propiedad intrínseca de la materia, ya que no depende de la cantidad de sustancia que se considere. Por ejemplo, un kilogramo de madera y un kilogramo de plomo son fácilmente distinguibles por su densidad, que es mucho mayor en el caso del plomo. b) Punto de fusión. El punto de fusión es la temperatura a la cual un sólido pasa al estado líquido. Para que esto ocurra se debe proporcionar calor al sólido hasta que su temperatura supere el punto de fusión y pase a la fase líquida. Esta propiedad es distinta para cada sustancia. Por ejemplo, el plomo funde a 327,3º C, el aluminio a 658,7º C y el hierro a 1530º C. c) Elasticidad. La elasticidad es la capacidad de la materia de recuperar su forma original, en cuanto cesa la aplicación de una fuerza que la obligaba a cambiar (fuerza deformadora). Algunos elementos tienen memoria de forma, es decir, regresan a su forma original en cuanto dejamos de forzarlos a tener otra. Así ocurre con el caucho o goma, pero no con el aluminio (que al deformarse queda como está) o el vidrio (que no se deforma, sólo se parte). La elasticidad es la capacidad de la materia de recuperar su forma original. d) Brillo. El brillo es la capacidad de la materia de reflejar ciertos espectros de luz y es típico de los elementos metálicos o minerales. Dicho brillo puede ser metálico, adamantino, nacarado o vítreo, dependiendo de qué sustancia usemos de referencia (metal, diamante, nácar o vidrio). e) Punto de ebullición. El punto de ebullición es la temperatura a la que se iguala la presión de vapor de un líquido con la presión exterior al líquido. La transición de fase líquido- vapor ocurre cuando la temperatura del líquido supera a su punto de ebullición. Para esto se suministra suficiente calor al líquido, de modo que aumente mucho la energía cinética de sus partículas (energía que poseen debido a su movimiento) y pasen a la fase vapor. Por ejemplo, el punto de https://concepto.de/sustancia/ https://concepto.de/mezcla/ https://concepto.de/metodo/ https://concepto.de/destilacion/ https://concepto.de/densidad/ https://concepto.de/fisica/ https://concepto.de/quimica/ https://concepto.de/masa/ https://concepto.de/volumen/ https://concepto.de/plomo/ https://concepto.de/punto-de-fusion/ https://concepto.de/temperatura/ https://concepto.de/estado-solido/ https://concepto.de/estado-liquido/ https://concepto.de/elasticidad-en-fisica/ https://concepto.de/fuerza/ https://concepto.de/luz/ https://concepto.de/metales/ https://concepto.de/punto-de-ebullicion/ https://concepto.de/vapor/ https://concepto.de/calor/ https://concepto.de/energia-cinetica/ https://concepto.de/particulas-subatomicas/ https://concepto.de/movimiento/ ebullición del agua es 100º C y el del mercurio es 356,6º C. f) Conductividad eléctrica. La conductividad eléctrica es el grado en la que un material permite que la energía eléctrica se conduzca a través de él. Esta propiedad depende de la estructura del material y de la temperatura. Algunos materiales son mejores conductores que otros, por ejemplo, los metales son buenos conductores. También existen materiales llamados aislantes, que no conducen la corriente eléctrica. Por ejemplo: el vidrio, el plástico, la madera y el cartón. g) Conductividad térmica. La conductividad térmica es el grado en la que un material puede conducir calor (calor y temperatura son conceptos diferentes). Esta propiedad depende de la estructura del material, de la temperatura, de los cambios de fase del material (ejemplo, hielo-agua), entre otros factores. La mayoría de los metales son buenos conductores térmicos, y materiales como los polímeros son malos conductores térmicos. Algunos materiales, como el corcho, son aislantes térmicos y directamente no conducen el calor. h) La ductilidad hace referencia a la facilidad con la cual algunos materiales se dejan convertir en hilos o alambres como el cobre, la plata y el oro. i) La maleabilidad es la capacidad que tienen algunos materiales de convertirse en láminas. Por ejemplo, metales como cobre, oro, plata y aluminio. La dureza es la resistencia que oponen las sustancias a ser rayadas. Se mide con la escala llamada Mohs y cuyo rango es de 1 hasta 10. Por ejemplo, el talco tiene una dureza de 1, mientras que el diamante presenta una dureza de 10, siendo éste último, el material más duro que se encuentra en la naturaleza. 2.- Propiedades químicas Definen la reactividad de la materia, es decir, cuando una materia se convierte en otra nueva. a) Reactividad. La reactividad es la capacidad de un material para reaccionar frente a otro material. b)Combustibilidad. Grado o medida en la que una sustancia combustiona, se puede decir de forma coloquial, que se incendia. La combustión ocurre mediante una reacción de oxidación. A las sustancias con alta combustibilidad se les llama “combustibles”. Combustibles muy conocidos en la vida cotidiana son la gasolina y el alcohol. c)Acidez. Es la cualidad que tiene una sustancia de comportarse como un ácido. Los ácidos son sustancias que cuando se disuelven en agua, la disolución resultante tiene pH menor que 7 (el agua pura tiene tiene pH=7). f) Alcalinidad. Capacidad de una sustancia para neutralizar un ácido. Se podría decir, de contrarrestar su efecto. ¿Cuáles son los estados de la materia? Los estados de la materia son las distintas fases o estados de agregación en los que puede encontrarse la materia conocida, sean sustancias puras o mezclas. El estado de agregación de una sustancia depende del tipo y de la intensidad de las fuerzas de unión que existan entre sus partículas (átomos, moléculas, ione s, etc.). Otros factores que influyen en el estado de agregación son la temperatura y la presión. https://concepto.de/conductividad-electrica/ https://concepto.de/energia-electrica/ https://concepto.de/corriente-electrica/ https://concepto.de/plastico/ https://concepto.de/conductividad-termica/ https://concepto.de/polimeros/ https://concepto.de/combustion/ https://concepto.de/oxidacion/ https://concepto.de/combustibles-fosiles/ https://concepto.de/alcoholes/ https://concepto.de/ph/ https://concepto.de/estados-de-agregacion-de-la-materia/ https://concepto.de/estados-de-agregacion-de-la-materia/ https://concepto.de/materia/ https://concepto.de/sustancia-pura/ https://concepto.de/mezcla/ https://concepto.de/particulas-subatomicas/ https://concepto.de/atomo/ https://concepto.de/molecula-2/ https://concepto.de/ion/ https://concepto.de/ion/ Los estados de la materia más conocidos son tres:el sólido, el líquido y el gaseoso, aunque también existen otros menos frecuentes como el plasmático y otras formas que no se producen en nuestro entorno naturalmente, como los condensados fermiónicos. Cada uno de estos estados posee características físicas distintas (volumen, fluidez, resistencia, entre otras). Cambios de estados de la materia Modificando las condiciones de temperatura y presión, se puede transformar el estado de agregación de una sustancia pero sus propiedades químicas seguirán siendo las mismas. Por ejemplo, podemos hervir agua para hacerla pasar del estado líquido al gaseoso, pero el vapor de agua resultante seguirá estando compuesto por moléculas de agua. Los procedimientos de transformación de las fases de la materia suelen ser reversibles y los más conocidos son los siguientes: Evaporación. Es el proceso mediante el cual, introduciendo energía calórica (calor), parte de la masa de un líquido (no necesariamente la totalidad de la masa) se transforma en gas. Ebullición o vaporización. Es el proceso mediante el cual, suministrando energía calórica, la totalidad de masa de un líquido se transforma en un gas. La transición de fase ocurre cuando la temperatura supera el punto de ebullición (temperatura a la cual la presión del vapor del líquido se iguala a la presión que rodea al líquido, por tanto, se convierte en vapor) del líquido. Condensación. Es el proceso mediante el cual, retirando energía calórica, un gas se transforma en un líquido. Este proceso es contrario a la vaporización. Licuefacción. Es el proceso mediante el cual, aumentando mucho la presión, un gas se transforma en un líquido. En este proceso, el gas también se somete a bajas temperaturas, pero lo que lo caracteriza es la elevada presión a que es sometido el gas. Solidificación. Es el proceso mediante el cual, aumentando la presión, un líquido puede transformarse en sólido. Congelación. Es el proceso mediante el cual, retirando energía calórica, un líquido se transforma en sólido. La transición de fase ocurre cuando la temperatura toma valores menores que el punto de congelación del líquido (temperatura a la cual el líquido se solidifica). Fusión. Es el proceso mediante el cual, suministrando energía calórica (calor), un sólido puede transformarse en líquido. Sublimación. Es el proceso mediante el cual, suministrando calor, un sólido se transforma en gas, sin pasar antes por el estado líquido. Deposición o sublimación inversa. Es el proceso mediante el cual, retirando calor, un gas se transforma en sólido, sin pasar antes por el estado líquido. a) El estado sólido La materia en estado sólido tiene sus partículas muy juntas, unidas por fuerzas de atracción de gran magnitud. Debido a esto, los sólidos tienen forma definida, alta cohesión, elevada densidad y gran resistencia a la fragmentación. A la vez, los sólidos tienen baja o nula fluidez, no pueden comprimirse, y cuando se los rompe o fragmenta, se obtiene de ellos otros sólidos más pequeños. Existen dos tipos de sólidos, de acuerdo a su forma: Cristalinos. Sus partículas se ordenan en celdas de forma geométrica, así que suelen tener una forma regular. Amorfos o vítreos. Sus partículas no se juntan en una estructura ordenada, https://concepto.de/volumen/ https://concepto.de/resistencia/ https://concepto.de/temperatura/ https://concepto.de/presion-2/ https://concepto.de/agua/ https://concepto.de/vapor-de-agua/ https://concepto.de/vapor-de-agua/ https://concepto.de/evaporacion/ https://concepto.de/energia-termica/ https://concepto.de/energia-termica/ https://concepto.de/vaporizacion/ https://concepto.de/condensacion/ https://concepto.de/licuefaccion/ https://concepto.de/solidificacion/ https://concepto.de/fusion/ https://concepto.de/sublimacion/ https://concepto.de/deposicion/ https://concepto.de/sublimacion-inversa/ https://concepto.de/sublimacion-inversa/ https://concepto.de/calor/ https://concepto.de/estado-solido/ https://concepto.de/densidad/ https://concepto.de/estructura/ por lo que su forma puede ser irregular y variada. Ejemplos de sólidos son: los minerales, los metales, la piedra, los huesos, la madera. b) El estado líquido Las partículas de los líquidos siguen estando unidas por fuerzas de atracción, pero mucho más débiles y menos ordenadas que en el caso de los sólidos. Por eso, los líquidos no tienen una forma fija y estable, ni presentan alta cohesión y resistencia. De hecho, los líquidos adquieren la forma del envase que los contenga, tienen una gran fluidez (pueden introducirse por espacios pequeños) y una tensión superficial que hace que se adhieran a los objetos. Los líquidos son poco compresibles y con la excepción del agua suelen contraerse en presencia de frío. Ejemplos de líquidos son: el agua, el mercurio (a pesar de ser un metal), la sangre. c) El estado gaseoso En el caso de los gases, las partículas se encuentran en un estado de dispersión y de alejamiento tal que apenas logran mantenerse juntas. La fuerza de atracción entre ellas es tan débil que se encuentran en un estado desordenado, que responde muy poco a la gravedad y ocupan un volumen mucho mayor que los líquidos y los sólidos, por lo que un gas tenderá a expandirse hasta ocupar la totalidad del espacio en el que se lo contenga. Los gases no tienen forma fija ni volumen fijo y en muchas ocasiones son incoloros y/o inodoros. En comparación con otros estados de agregación de la materia, son poco reactivos químicamente. Ejemplos de gases son: el aire, el dióxido de carbono, el nitrógeno, el helio. d) El estado plasmático El plasma es un excelente transmisor de la electricidad y el magnetismo. Se llama plasma a un estado de agregación de la materia particular, que puede comprenderse como un gas ionizado, es decir, compuesto por átomos a los que les han sido retirados o sumado electrones y, por ende, tienen una carga eléctrica fija (aniones (-) y cationes (+). Esto convierte el plasma en un excelente transmisor de la electricidad. Por otra parte, las partículas plasmáticas interactúan muy fuertemente con los campos electromagnéticos. Debido a que el plasma tiene características propias (que no se corresponden ni con los sólidos, ni con los gases, ni con los líquidos) se dice que es el cuarto estado de la materia. Existen dos tipos de plasmas: Plasma frío. Es el plasma en el cual la temperatura de los electrones es superior a la de las partículas más pesadas, como los iones. Plasma caliente. Es el plasma cuyos átomos ionizados se calientan enormemente debido a que están chocando continuamente y esto genera luz y calor. Ejemplos de plasma son: el Sol, las pantallas electrónicas, o el interior de los tubos fluorescentes. MEZCLA Mezcla homogénea y mezcla heterogénea Una mezcla se caracteriza porque hay dos o más sustancias o elementos que se encuentran unidos, pero no combinados químicamente, y porque es posible separarlos. Una mezcla homogénea es aquella en la que sus componentes están mezclados de forma tal que es imposible diferenciarlos a simple https://concepto.de/metales/ https://concepto.de/huesos/ https://concepto.de/resistencia/ https://concepto.de/gravedad/ https://concepto.de/espacio/ https://concepto.de/volumen/ https://concepto.de/aire/ https://concepto.de/dioxido-de-carbono-co2/ https://concepto.de/electron/ https://concepto.de/electricidad-2/ https://concepto.de/ion/ https://concepto.de/luz/ https://concepto.de/sol/ vista, estando distribuidos de manera uniforme. Este tipo de mezcla se encuentra en una fase (estado de la materia) y se le conoce también como solución o disolución. Un ejemplo de una mezcla homogénea o solución es una taza de café caliente. Por el contrario, los elementosde una mezcla heterogénea son distinguibles a simple vista y su distribución no es uniforme. Las mezclas heterogéneas presentan al menos dos fases diferenciadas (sólido y sólido, por ejemplo). Un tazón de cereal con leche es un ejemplo de una mezcla heterogénea. ¿Qué es una mezcla homogénea? Una mezcla homogénea es una mezcla que se encuentra en un estado de la materia específico (en una fase), en la que los elementos que la componen están mezclados uniformemente y de tal forma que no es posible diferenciarlos a simple vista. A este tipo de mezcla también se le conoce como solución o disolución. La cualidad de ser homogénea implica que no importa de dónde se retire una muestra de la mezcla, la distribución de sus componentes se mantendrá uniforme. Es decir, las partículas que componen la mezcla se encuentran distribuidas en la misma forma en toda la solución. Los componentes de una mezcla se encuentran de forma tal que no es posible diferenciar cada uno de ellos a simple vista. Esto significa que, para poder observar cada componente de una mezcla, se hace necesario tener algún tipo de aparato (por ejemplo, un microscopio). Características de una mezcla homogénea La mezcla de sus componentes es uniforme. Se encuentra en una sola fase o estado de la materia. No es posible diferenciar las sustancias que la componen a simple vista. Está formada por uno o más solutos y un solvente. Permanece estable siempre que se presenten las mismas condiciones (temperatura, presión). Soluto y solvente son miscibles, particularmente en estado líquido. Fases o estados de la materia en una mezcla homogénea Al ocurrir la disolución de sus componentes, el soluto en el solvente, la mezcla homogénea presenta una única fase. Cuando se habla de mezclas, una fase es el estado de la materia en que se encuentran sus componentes, ya sea líquido, sólido o gas. Cada fase que forma un estado de la materia mantiene sus propiedades y composición química en condiciones de temperatura y presión específicas. Si estas condiciones cambian, la fase se modifica, pasando a otro estado de la materia diferente. Un ejemplo de esto ocurre cuando la roca se derrite por un aumento de temperatura. Componentes de una mezcla homogénea Una mezcla homogénea o solución está compuesta por al menos dos sustancias que se encuentran en diferentes cantidades en la misma. El soluto y el solvente. Un soluto es la sustancia que se encuentra en menor proporción en la mezcla homogénea, adquiere la forma y las características del solvente (ya que se disuelve en este) y tiene un punto de ebullición superior a este. La fase más común en la que se encuentra es el estado sólido (aunque también se encuentra en los otros estados). Un ejemplo de soluto es el café molido que se mezcla con agua caliente para preparar una taza de café. El otro componente de una mezcla homogénea o solución es el solvente, que es la sustancia que disuelve al soluto. El solvente se encuentra en mayor proporción que el soluto en una solución y determina en cual fase o estado de la materia se encontrará esta. Generalmente se trata de un líquido, siendo el solvente por excelencia el agua. Propiedades de una mezcla homogénea Las mezclas homogéneas, como las soluciones o disoluciones, poseen varias propiedades. En las mezclas homogéneas se presenta el fenómeno de la solvatación, el cual consiste en la disolución del soluto en el solvente. Las moléculas del soluto son rodeadas por las moléculas del solvente, cediendo sus iones a este último. Se presenta el principio de que lo similar disuelve lo similar, lo que significa que las moléculas de solutos polares solo interactúan con moléculas de solventes polares. Así mismo, los solutos no polares solo interactúan con solventes no polares. Otra propiedad es la solubilidad de una solución, que es el punto máximo en el que un solvente y un soluto ya no se pueden disolver. En este caso la solución puede estar: Saturada: el solvente es incapaz de disolver más al soluto. Sobresaturada: se agrega más soluto a la solución y este permanece en su estado original. Insaturada: cuando la cantidad de soluto es menor a la que el solvente es capaz de disolver. Entre los factores que afectan la solubilidad se encuentra la polaridad y el volumen (tamaño) de las moléculas de una sustancia, la presión y la temperatura. Separación de mezclas homogéneas La destilación es una forma de separar mezclas homogéneas compuestas por líquidos miscibles (solubles) o un líquido y un sólido. En este caso, los líquidos se separan mediante ebullición. Una vez se llega al punto de ebullición de uno de los componentes, este se evapora, separándose del otro. Un ejemplo de esto sucede cuando se destilan bebidas alcohólicas. Otra forma de separación de mezclas homogéneas es la cristalización. En esta, se busca que el soluto en fase no sólida pierda solubilidad, mediante su transformación en un sólido. Esto se puede conseguir evaporando el líquido, enfriándolo, provocando una reacción en este o adicionando algún otro elemento. Un ejemplo de esto se encuentra en la elaboración de sal a partir de agua del mar. Otros métodos de separación son la cromatografía, la evaporación y la extracción por medio de un disolvente. Ejemplos de mezclas homogéneas El aire. El agua mezclada con azúcar o sal de mesa. El vinagre (agua + ácido acético). El acero (carbono + cromo + hierro). El bronce (cobre + estaño). b) ¿Qué son mezclas heterogéneas? Una mezcla heterogénea es una mezcla que se encuentra en al menos dos estados de la materia distintos (dos fases), sus componentes están mezclados de manera no uniforme y es posible diferenciarlos a simple vista. Mientras que en una mezcla homogénea los componentes están distribuidos de la misma forma, en cualquier región de la mezcla, en una mezcla heterogénea los componentes están distribuidos en cantidades distintas. Es decir, una porción o ejemplar que se tome de una mezcla heterogénea puede contener más o menos de alguno de sus elementos. Las propiedades de cada componente de una mezcla heterogénea no se modifican al mezclarlos. Cuando sus componentes se mezclan, particularmente en estado líquido, estos son inmiscibles. La miscibilidad significa que un elemento es soluble en otro (por ejemplo, sal de mesa en agua en una mezcla homogénea). Entonces, en el caso de las mezclas heterogéneas, cuando se mezclan dos líquidos, estos mantienen sus propiedades, sin que haya solubilidad. Es decir, sus elementos son inmiscibles. Por ejemplo, la mezcla entre el aceite y el agua, es una mezcla heterogénea de líquidos inmiscibles. Características de una mezcla heterogénea No hay una distribución uniforme de los elementos que la conforman. Es común que sus componentes se puedan distinguir a simple vista. Toda mezcla que presenta dos estados de la materia es heterogénea. Sus componentes no son miscibles y se mantienen separados físicamente. Fases o estados de la materia en una mezcla heterogénea Una mezcla heterogénea se encuentra en al menos dos fases distintas de la materia. Esto significa que cada elemento mantiene sus propiedades intactas. Es decir, una mezcla heterogénea puede estar formada por dos líquidos que pueden ser separados y diferenciados a simple vista, debido a que cada uno mantiene su fase y propiedades particulares. Lo mismo ocurre si se mezclan dos o más sólidos, como en el caso de una mezcla de pimientos en polvo. Además de ser saludable, una ensalada es un buen ejemplo de una mezcla heterogénea. Sus elementos son fácilmente observables, se encuentranen más de una fase (varios sólidos y líquidos) y no son totalmente uniformes. Tipos de mezclas heterogéneas Cuando los componentes de una mezcla heterogénea se encuentran en diferentes fases (por ejemplo, un líquido y un sólido), a esta mezcla se le conoce como suspensión. Las suspensiones se caracterizan porque el sólido no se disuelve en el otro componente, sea este un gas o un líquido. Aun si se revuelven sus componentes, eventualmente estos se encontrarán en porciones separadas de la mezcla. Las partículas que forman el sólido de una suspensión son de tal tamaño que la gravedad terrestre tiene un efecto sobre ellas, superando la fuerza que las uniría a la otra sustancia. Además, es posible separar la mezcla por medio de la filtración. Arena mezclada con agua es un ejemplo de una suspensión. Si se colocan en un recipiente y se agita, la arena eventualmente se depositará en el fondo del recipiente. Otro tipo de mezclas heterogéneas es conocido como coloides. En estos, las partículas son de menor tamaño que en las suspensiones, solo podrán ser observadas a través de un microscopio y no es posible separarlas por medio de la filtración. Estas se caracterizan porque sus partículas son capaces de dispersar la luz cuando pasa a través de una mezcla coloidal, haciéndose visible, creando el efecto Tyndall (en honor al físico irlandés John Tyndall, 1820-1893). Este fenómeno se debe al tamaño de las partículas de las mezclas coloides. La mayonesa es un ejemplo de coloide. Específicamente de una emulsión, ya que sus componentes principales se encuentran en estado líquido y uno de sus elementos funciona como emulsificante. Los ingredientes que normalmente se utilizan para elaborar mayonesa son aceite, agua, huevo, etc. El agua y el aceite no son solubles entre sí, lo que quiere decir que son inmiscibles. Separación de mezclas heterogéneas Las mezclas heterogéneas se pueden separar empleando diferentes métodos como la filtración, la decantación, la sedimentación, la centrifugación, el secado o la separación magnética. En el caso de la filtración, esta consiste en separar los componentes de una mezcla que se encuentran en diferentes fases o estados de la materia, específicamente un sólido no soluble y un líquido. Un ejemplo sería utilizar un filtro para separar la pulpa u otras partes de una fruta, del zumo resultante. Cuando una mezcla está compuesta por dos líquidos que no se disuelven entre sí y con diferente densidad, esta mezcla puede separarse por medio del método de la decantación. Esta consiste en dejar reposar la mezcla en un recipiente y, cuando uno de los líquidos quede sobre la superficie, utilizar un embudo para verterlo en otro recipiente. Por ejemplo, si se desea separar agua y aceite, se espera a que el aceite se sitúe en superficie, para luego colocarlo en otro recipiente. Entre otras formas de separar mezclas heterogéneas se encuentran la sedimentación (esperar que uno de los componentes se sedimente), la centrifugación (separar los componentes mediante rotación). Ejemplos de mezclas heterogéneas Cubos de hielo (sólido) en una bebida (líquido). Cereal (sólido) mezclado con leche (líquido). Arena del mar (formada por sólidos, como piedras, conchas, sales, etc.). Pizza (formada por diferentes elementos en diferentes estados). Mayonesa (resultado de una mezcla de diferentes sustancias no miscibles). Vinagreta, que incluye agua y aceite (ingredientes principales son dos líquidos). ENERGÍA Es una forma o cualidad intangible de la materia que causa un cambio o interacción de cuerpos materiales; en otros términos, es la capacidad para realizar trabajo. Por lo tanto todo cambio físico, químico o nuclear que ocurre en cuerpos materiales es causado por la energía. La energía puede ser de los siguientes tipos: Energía mecánica: Cinética o potencial. Energía calorífica. Energía luminosa. Energía eléctrica. Energía nuclear. Energía electromagnética. RELACION ENTRE MASA Y ENERGIA Albert Einstein (físico Alemán), en 1905 en su obra “TEORIA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD” planteo que la masa y la energía son dos formas de la materia que están íntimamente relacionadas mediante la siguiente ecuación: E = m.c2 E = Energía almacenada de un cuerpo material de masa m m = masa de un cuerpo material c = Velocidad de la luz (300 000km/s). Los valores que toma para las unidades de energía, se presenta en el cuadro: Otra de las cosas que debemos recordar es que no solo existe la liberación de energía de un cuerpo material al exponerlo a la velocidad de la luz con exponente 2. Si no que cuando trata de alcanzar valores de velocidad luz menor que dicha constante la masa inicial del cuerpo no es igual que cuando este adquiere velocidades semejantes a la luz expresada al cuadrado. Si no que aumenta. Cabe señalar que según la teoría de la relatividad, la masa inercial de un cuerpo aumenta con el aumento de su velocidad, según la siguiente ecuación: PROBLEMAS PROPUESTOS PROBLEMA N° 01 De las siguientes especies ¿cuál es la más pequeña porción de materia? a) Sal de mesa b) Hielo seco (CO2)(s) c) Molécula de agua d) Átomo de hidrógeno e) Gota de agua PROBLEMA N° 02 De los siguientes materiales: I. Agua II. Grafito III. Vidrio IV. Alcohol medicinal Indique cuál es elemento, compuesto o mezcla respectivamente. a) M , M , M , C b) M , E , M , C c) C , E , M , M d) C , E , M , E e) C , E , C , M PROBLEMA N° 03 No es una sustancia simple: a) Cal viva b) Bromo c) Fosforo blanco d) Diamante e) Oxigeno PROBLEMA N° 04 Dado los siguientes cuerpos materiales: I. Agua pura II. Agua oxigenada III. Ácido muriático IV. Aire V. Agua potable VI. Lejia No corresponden a sustancia químicas puras: a) Solo III, IV , V y VI b) I, II , III , IV , V , VI c) Solo I d) I, II , III , IV , V e) II , III , IV , V y VI PROBLEMA N° 05 Dada las siguientes propiedades de la materia : I. Volumen II. Inercia III. Maleabilidad IV. Ductibilidad V. Conductividad eléctrica específica VI. Índice de refracción de luz Indicar la aseveración correcta: a) Propiedades específicas : III,IV,V y VI b) Propiedades químicas:Todos c) Propiedades extensivas:I , II y V d) Propiedades generales : I , II y V e) propiedades específicas: II,III y IV PROBLEMA N° 06 Respecto a los estados de agregación de la materia , indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. La materia en el estado gaseoso no tiene volumen ni forma fijos , más bien,se ajusta al volumen y forma del recipiente que lo contiene. II. El agua , la gasolina y el alcohol, a condiciones ambientales, ocupa un volumen fijo pero adopta la forma de la porción del recipiente que ocupa. III. Los cambios de estado correspondes a fenómenos físicos. a) FFV b) VVV c) VFV d) FVV e) VVF PROBLEMA N° 07 Señale como verdadero(v) o falso (F) en: I. En el estado sólido las partículas componentes vibran u oscilan en posiciones fijas. II. En el estado líquido las partículas componentes presentan mayor aglomeración que las partículas componentes en estado gaseoso. III. El cambio de estado sólido a líquido se denomina licuación. a) FFV b) FVV c) VVF d) VFF e) VVV PROBLEMA N° 08 Un sólido se asemeja a un líquido en que ambos: a) Son fluídos b) Poseen alotropía c) Poseen alto grado de desorden molecular d) Poseen volumen definido e) Poseen forma definida PROBLEMA N° 09 ¿En qué proceso se absorbe energía para su realización?a) Licuación b) Condensación c) Fusión d) Solidificación e) Deposición PROBLEMA N° 10 Indicar cuál no es un fenómeno químico: a) Creciemiento de una planta b) Respiración c) Oxidación del hierro d) Fermentación de la glucosa e) Disolución de azúcar en agua PROBLEMA N° 11 Indicar cuál no es un fenómeno físico: a) Ruptura de un vaso de vidrio b) Oscurecimiento de plata en presencia de O2 c) Fundición de hierro d) Separación de NaCl del agua de mar e) Sublimación de la naftalina PROBLEMA N° 12 En cuál de los siguientes afirmaciones se describen cambios químicos: I.- El sodio al ser cortado se empaña rápidamente. II. El jugo de naranja congelado se reconstituye agregándole agua. III. Una cucharada de azúcar se disuelve en una taza de té luego de agitarla. IV. Dependiendo de la cantidad de aire que ingresa por el interior de un mechero Bunsen , entonces el color de la llama puede cambiar de amarillo a azul. a) II y III b) I y IV c) I,III y IV d) III y IV e) Sólo IV PROBLEMA N° 13 Indicar en cual o cuales de las afirmaciones siguientes se describen propiedades físicas: I. El oro es más denso que el aluminio. II. El cloro es un gas de color amarillo verdoso de olor sofocante y soluble en agua. III. Una delgada hoja de oro se disuelve por acción del agua regia. IV. El aluminio rápidamente se cubre con una finísima capa de oxido. a) I y II b) I y IV c) I,II y III d) III y IV e) Sólo III PROBLEMA N° 14 Indique verdadero (V) o Falso (F) según corresponda: I. Una mezcla presenta composición definida. II. Un líquido tiene forma y volumen definido. III. En un cambio físico , no varía la composición de la materia. IV. La acción blanqueadora del cloro (Cl2) es una propiedad física. V. El opacado de una moneda es un cambio químico. a) FFVFV b) FFFFV c) VVFFF d) VVVFF e) FFFFF PROBLEMA N° 15 Mediante qué método se pueden separar las partículas finas de arena suspendidas en agua: a) Cromatografía de columna b) Tamizado c) Centrifugación y decantación d) Destilación e) Levigación PROBLEMA N° 16 En un recipiente cerrado , previamente evacuado de todo gas , se tiene agua líquida y un trozo de hielo. El sistema formado es: a) difásico - binario b) trifásico - binario c) monofásico - binario d) trifásico - unitario e) difásdico – unitario PROBLEMA N° 17 Al mezclar las siguientes sustancias : agua , alcohol y aceite. Indicar cuantas fases tiene el sistema formado. a) Es binario y monofásico b) Cuatro fases c) 3 fases d) Dos fases e) Una fase PROBLEMA N° 18 Cuando 2 kilogramos de uranio sufre una fisión nuclear produce 2,7x1014 Joules de energía. ¿Cuánto de materia en kilogramos se convirtió en energía? a) 0,03 b) 0,3 c) 0,27 d) 0,027 e) 0,003 PROBLEMA N° 19 En un proceso nuclear, un gramo de Uranio se transforma en energía. Cuál es el valor de la energía en Joules. a) 9x1020 b) 3x1020 c) 9x1013 d) 3x1013 e) 9x1014 PROBLEMA N° 20 Una muestra de Plutonio (Pu-239) de 10 kilogramos se somete a fisión nuclear produciéndose 2,7x1016 J de energía. Hallar el porcentaje de conversión. a) 2% b) 3% c) 6 % d) 19% e) 97% PROBLEMA N° 21 Sometemos a una explosión nuclear 2 g de masa y observamos la emisión de 18 x 1011 Joules de energía. Indique el porcentaje de masa que no se transformó en energía. a) 100% b) 99% c) 90% d) 2% e) 1% BIBLIOGRAFÍA 1.- Aguilar Loa, G. Haro Mendoza, J. Barreda Ortega, E. Vergaray Rosas, J & Cueva Garcia, R. (2011). Química. Racso Editores. Lima. 2.- Benitea Nuñes, W. (2011). Química. Fondo Editorial Rodo. Lima. 3.- Cartolin Rodriguez, W. (2015). Química. Editorial San Marcos. Lima. 4.- Ciclo anual UNI (2017). Química. Academia Cesar Vallejo. Lumbreras Editores. Lima. 5.- Ciclo anual (2017). Química. Academia Aduni. Lumbreras Editores. Lima. 6.- Ciclo Semestral Intensivo. Química. Academia Cesar Vallejo. Lumbreras Editores. Lima
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