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1.er grado: Ciencia y Tecnología Recurso 3: Propiedades de la materia SEMANA 14 Las propiedades de la materia son aquellas características que nos permiten identifi car o distinguir a los diferentes cuerpos materiales. Recuerda que las propiedades de un sistema son el resultado del comportamiento de sus partículas. Propiedades generales de la materia Las poseen todos los cuerpos materiales y que tienen cualquier valor, sea cual sea la clase de material del que estén hechos. Por ejemplo, si pensamos en un trozo de madera o en una porción de aire o alcohol, estos tienen una masa de 1g, 50 kg u 8 toneladas; lo mismo con el volumen o con el peso; también la impenetrabilidad, la inercia, etc La masa es la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de esta medida es el kilogramo (kg), según el Sistema Internacional de Unidades (SIU). A menudo, se confunde la masa con el peso, pero son dos conceptos distintos: el peso depende de la gravedad, mientras que en un contexto próximo la masa es una constante. Como se ha dicho, el peso y la masa son dos conceptos distintos. La unidad del peso es Kg/N (los Newton -N- se usan en las unidades de fuerza) y se calcula con la fórmula: En la Tierra, la gravedad es equivalente a una unidad, por lo que al pesar cualquier objeto, obtendremos también su masa. Por eso, si cogemos una balanza y colocamos un objeto sobre ella (sin nada adicional), podremos saber su masa. Educación Secundaria Peso = masa x gravedad Propiedades de la materia EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología 2 El volumen de la materia es la cantidad de espacio que ocupa en todas sus dimensiones. La unidad de medida es el metro cúbico (m3), según el SIU, aunque a menudo se usa el litro (l). Propiedades particulares o específi cas de la materia Son aquellas propiedades que nos permiten identifi car una sustancia o diferenciar una de otra. Las propiedades particulares o específi cas son de dos tipos: propiedades físicas y propiedades químicas. A. Propiedades físicas Las propiedades físicas son aquellas que se pueden medir o determinar sin que varíe la composición química de la sustancia; por ejemplo: el color, el olor, el estado físico, el punto de ebullición, el punto de fusión, la densidad, la maleabilidad, la solubilidad, etc. En el caso del agua, esta posee las siguientes propiedades físicas: • Un punto de ebullición de 100 °C a nivel del mar • Una densidad de 1g/cm3 a la temperatura de 4 °C • Un punto de fusión de 0 °C a nivel del mar El punto de ebullición. La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición, y es una propiedad característica de cada sustancia. El punto de ebullición del agua es de 100 °C; el del alcohol, 78 °C; y el del hierro. 2750 °C. 80 100 120 60 40 20 0 -20 -40 140 Temperatura (oC) Tiempo (min.) Sólido Sólido y líquido Líquido Líquido y gas Vaporización Fusión Gas En la imagen vemos la relación temperatura-tiempo-presión en el paso del estado sólido- líquido-gaseoso. 3 3 IUPAC. (2019). Tomado de https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/ 4 Rosi, P. (2010). Introducción a la representación molecular. Capítulo 2. Argentina: Instituto Nacional de Educación Tecnológica. EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología El punto de fusión. Sucede cuando la materia pasa del estado sólido a estado líquido. Por ejemplo, el hielo que se derrite y se transforma en agua líquida a 0 °C a una atmósfera o 760 mm de Hg (mercurio) de presión. Cada sustancia tiene su punto o temperatura de fusión propia. Otro ejemplo lo constituyen los metales, que también tienen una temperatura específica desde la cual comienzan a pasar al estado líquido. La densidad es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, lo que significa que dos cuerpos con un mismo volumen pero diferente masa tienen una densidad distinta. Si una materia es poco densa, es porque sus partículas se reparten ligeramente en ella. La unidad de medida es kg/m3, pero es habitual encontrar la medida en términos de g/cm3. Densidad = masa volumen Sustancia Temperatura Fusión (oC) Temperatura Ebullición (oC) Hidrógeno -259,2 -252,7 Oxígeno -218,6 -182,8 Nitrógeno -209,7 -195,7 Alcohol etlílico -114 78 Mercurio -39 357 Agua 0 100 Plomo 327 1750 Aluminio 659 2467 Oro 1063 2660 Cobre 1086 1187 Hierro 1535 2750 Tabla de densidades SÓLIDOS g/cm3 T=20 oC Acero 7,8 Aluminio 2,7 Cobre 8,9 Corcho 0,25 Cuerpo humano 1,07 Hielo 0,92 Hierro 7,9 Madera 0,2 - 0,8 Mármol 2,7 Plomo 11,3 Tierra 1,2 Vidrio 3,0 - 3,6 LÍQUIDOS g/cm3 T=20 oC Acetona 0,79 Aceite 0,92 Ácido sulfúrico 1,82 Agua de mar 1,025 Agua destilada 1 Acohol etílico 0,79 Gasolina 0,68 Glicerina 1,26 Leche 1,03 Mercurio 13,6 GASES g/cm3 T=0 oC p= 1 atm Butano 0,0026 Dióxido de carbono 0,0018 Aire 0,0013 Hidrógeno 0,00084 Propiedades de la materia 4 5 Cruz, J, Osuna, M.E., Ortíz, J.I. (2008). Química General. México EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología A pesar de que la masa sea constante en un cuerpo, el volumen puede modificarse con un cambio de presión y temperatura, por lo que la densidad también variará. Por ejemplo, un trozo de queso es denso, pero si lo fundimos tendrá un aspecto mucho más ligero y menos denso. Los factores ambientales como la temperatura y la presión influyen en la densidad de un material, sobre todo en los gases y con menor incidencia en los sólidos y líquidos. Solubilidad. Es una propiedad física de las sustancias, la cual nos muestra la cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a una temperatura determinada. También se define como la cantidad máxima de sustancia sólida que se puede disolver en 100 g de disolvente a una temperatura dada. B. Propiedades químicas1 Son aquellas que solo pueden determinarse cuando cambia la composición de la sustancia. Estas describen el comportamiento de una sustancia en las reacciones químicas. Se combina o cambia en otra o más sustancias. Ejemplos: la reactividad, la combustibilidad, la oxidación y la reducción, etc. Por ejemplo, una propiedad química de los gases nobles es que no reaccionan en condiciones normales, solo cuando se varía la presión y la temperatura. Veamos las propiedades físicas y químicas de una sustancia pura como el hierro: Propiedades del hierro Propiedades físicas Propiedades químicas • Es de color gris plateado. • Es blando. • Se puede convertir fácilmente en alambres (dúctil) y en láminas (maleable). • Es magnético. • Buen conductor del calor y la electricidad. • Densidad = 7.86 g/cm3 • Punto de ebullición = 3000 ºC • Punto de fusión = 1536 ºC • Reacciona con el aire. • Se oxida fácilmente. • Es un buen agente reductor. • Si se pone al rojo vivo, arde. • Reacciona con ácidos diluidos y desplaza al hidrógeno. • Reacciona con los halógenos o gases nobles. • Se vuelve pasivo con los ácidos fuertes, como el nítrico y sulfúrico, porque forma una capa de óxido protectora. Propiedades de la materia 5 2 Enciclopedia temática multimedia. (2007). Física y química. Grupo Diario La República. EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología Los cambios físicos y químicos, y sus características2 Fenómenos físicos. Cuando calentamos un trozo de hielo dentro de un recipiente, observamos que se torna en un líquido. Si continuamos el calentamiento, se licuará totalmente, y si se incrementa la temperatura, empezará a ebullir hasta no quedar nada en el recipiente. Este es un fenómeno físico, porque en el proceso de cambio de estado del agua, conserva su estructura interna (sus moléculas), no sufre ninguna transformación. Otros ejemplos son el calentamiento o enfriamiento de un metal, la caída de un cuerpo por atracción gravitatoria, el sonido de una cuerda vibrante, el arcoíris, etc. Fenómenos químicos. Si hacemospasar corriente eléctrica por agua líquida (en determinadas condiciones y con un equipo adecuado), se descompone en dos materiales diferentes: los gases hidrógeno y oxígeno. Esto constituye un cambio químico, por cuanto el material inicial ha sufrido una transformación fundamental en otros nuevos, un cambio radical. Otros ejemplos son la quema de carbón, que forma gases (los gases son el producto del cambio químico); la fermentación; la respiración; etc. Los cambios químicos vienen acompañados de otras evidencias: cambio de color, temperatura, burbujas (gases) y/o precipitados. Tanto los cambios químicos como los cambios físicos pueden clasificarse de acuerdo con la energía involucrada. Se denominan exotérmicos a aquellos cambios en los que se libera energía. Un ejemplo de cambio exotérmico es la combustión. Se dice que el cambio es endotérmico cuando durante el proceso se absorbe energía; por ejemplo, durante la cocción de algún alimento o durante la evaporación del agua. Experimentamos con los materiales del hogar y del entorno3 Experimento 1: La papa Se necesita: • Recipiente transparente con agua • Una papa pequeña • Sal Procedimiento: En el recipiente con agua, introduce la papa. Luego, retira la papa, echa en el recipiente dos cucharadas de sal y remueve. Finalmente, coloca la papa otra vez en el recipiente. Experimento 2: La botella de plástico Se necesita: • Agua a punto de hervir • Botella de plástico con tapa de consistencia gruesa Procedimiento: Calienta el agua hasta que esté casi hirviendo. Viértela en la botella y mantenla en esta durante dos minutos. Luego, vacía el agua e inmediatamente cierra la botella con la tapa. Nota. Pide la ayuda de un adulto. Propiedades de la materia 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología 3 Jugando con la ciencia. Adaptado de: https://sites.google.com/site/jugandoconla100cia/experimentando Experimento 3: El termómetro Se necesita: • Un termómetro Procedimiento: Averigua cómo funciona un termómetro. Observa la escala que utiliza. Sacúdelo hasta que regrese el mercurio al bulbo. Rodea el bulbo con la mano y observa. Mide tu temperatura. Nota. Pide la ayuda de un adulto. Experimento 4: El agua que no cae Se necesita: • Agua • Envase de especias (con la tapa agujereada) Procedimiento: Llena el envase de especias con agua, tápalo y, rápidamente, dale la vuelta. Experimento 5: Fiesta en un vaso Se necesita: • 2 bolitas de naftalina • Recipiente o vaso grande • Bicarbonato y vinagre • Agua Procedimiento: Vierte agua en el recipiente, sin llegar a llenarlo. Añade las bolitas de naftalina y tres cucharadas de bicarbonato. Luego, poco a poco, echa el vinagre. Experimento 6: Agua contra aceite Se necesita: • Un vaso • Agua • Aceite Procedimiento: Llena el vaso con agua y, después, vierte el aceite, lentamente. Experimento 7: Fabricar hielos4 Se necesita: • Cubetera • Agua y aceite • 4 vasos o botellas de plástico transparente Procedimiento: Prepara tres cubos de hielo de agua y tres de aceite. Llena dos vasos o botellas transparentes con agua y otros dos con aceite, a igual altura. Luego, coloca un cubo de hielo en uno de los vasos o botellas con agua y un cubo de aceite en uno de los vasos o botellas con aceite. Con los otros dos cubos, intercambia los líquidos. Experimento 8: Preparo un refresco helado Se necesita: • Jarra de vidrio • Agua hervida fría • Cubos de hielo • Limón o naranjas, o fruta de temporada • Azúcar o miel si deseas Procedimiento: Prepara un refresco como sueles hacerlo. Luego, añádale 10 cubos de hielo. Dibuja el antes (inicio) y después (5 min. y 10 min.) de la preparación. Haz anotaciones sobre el proceso. 4 Lena, P; Quere, Y. y Salviat, B. (2011). 29 conceptos clave para disfrutar de la ciencia. México: Fondo de cultura económica. Propiedades de la materia
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