MATERIA

1.-PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA

(La materia tiene masa y ocupa volumen)

 

TODO OBJETO MATERIAL TIENE MASA Y OCUPA VOLUMEN

La masa es una propiedad física que mide la cantidad de materia que tiene un cuerpo.

Se expresa en kg (kilogramos).

Ojo: No debes confundir la masa y el peso (el peso es la fuerza con que la Tierra atrae un objeto con masa, se mide en N, newtons)

¿Cómo se mide la masa?

MÉTODO 1: (Fundamento: todos los cuerpos con masa pesan en las cercanías de la Tierra)

Comparamos el peso del cuerpo de masa desconocida con el peso de un cuerpo de masa conocida. Para ello usamos la balanza.

balanza

Problema: Tenemos que definir una unidad de masa (arbitraria).

Kilogramos es la masa que tiene el prototipo internacional de una aleación de platino e iridio que se guarda en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) en Sèvres, (Francia).

MÉTODO 2: (Fundamento: todos los cuerpos con masa adquieren aceleración cuando se les comunica una fuerza)

Aplicamos la misma fuerza al cuerpo de masa desconocida y a un cuerpo de masa conocida. Medimos las aceleraciones sufridas por ambos cuerpos. La relación entre las aceleraciones es inversamente proporcional a la relación entre las masas.

F = m· a

por tanto, m = F/a

PHET (aplicar fuerzas y medir aceleraciones)

 

¿Los gases tienen masa? ¿Los gases pesan? ¿Los gases ocupan volumen?

Si todavía tiene dudas acerca del carácter material de los gases y de que los gases pesan:

- Vea estos vídeos de YOUTUBE:

Railroad tank car vacuum implosion

Implosión lata refresco

- Explique porqué no se sale el agua del depósito usado para que beban los pájaros

- Si todavía tiene dudas de que los gases ocupan volumen

Vea el siguiente vídeo de YOUTUBE

Por cierto, después de lo que ha visto no le será muy difícil explicar cómo funciona un BARÓMETRO

 

La DENSIDAD es una magnitud que tiene en cuenta la masa y el volumen de los objetos materiales. Puede decirse que la densidad mide el grado de compactación de la materia. Hay materiales como el plomo o el oro que son muy densos. Sin embargo hay otros como el oxígeno o en general todos los gases que son muy ligeros (poco densos). Una sustancia es muy densa cuando tiene mucha masa en poco volumen. Una sustancia es poco densa cuando tiene poca masa en mucho volumen.

En la estrella de neutrones la materia está 1000000000000000000000 veces más compactada que en el aire. La estrella de neutrones es increiblemente densa y, por el contrario, el aire es muy poco denso (cercano al vacío).

La densidad se calcula dividiendo la masa y el volumen de una sustancia. Insistimos: de una misma sustancia.

Para entender el concepto de densidad y medir la densidad de sólidos haga uso de la siguiente aplicación del CNICE

También puede hacer uso de esta otra simulación de PHEP

 

2.-TEORÍA CORPUSCULAR DE LA MATERIA

(La materia está formada de corpúsculos. La intensidad de la unión entre ellos explica los diferentes estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso)

 

 

En general todas las sustancias materiales pueden presentarse en los tres estados de agregación.

¿Puede el aire presentarse como un sólido que podamos partir con un martillo?

¿Puede el hierro presentarse como un gas?

En ambos casos la respuesta es SI. El estado de agregación de una sustancia depende de la TEMPERATURA Y LA PRESIÓN

En general pensamos en el hierro como un sólido y en el oxígeno como un gas. Eso es lógico, A la presión atmósferica terrestre hay que calentar hasta 2750 ºC para ver el hierro en estado gas. O bien hay que enfriar hasta -218,6 ºC para ver el oxígeno como un sólido. Como esas condiciones tan extremas de temperaturas no son habituales en la Tierra, solemos pensar en términos absolutos: ¡el hiero es sólido y el oxígeno es gas!. Sin embargo hay que abrir la mente. Todo es cuestión de las condiciones ambientales en las que se encuentren las sustancias. Un ejemplo espectacular: el metano. Este compuesto químico es gas en la Tierra. Sin embargo en Titán (una de las lunas de Saturno) hay mares de metano líquido.

LA MATERIA SUFRE CAMBIOS DE ESTADO

En el siguiente video podrás ver los cambios de estado de la materia

VIDEO YOUTUBE

 

 

3.-MEZCLAS Y SUSTANCIAS PURAS

(Los corpúsculos pueden ser átomos o moléculas)

IDENTIFICANDO EL PROBLEMA

Para tomar conciencia del problema le proponemos la siguiente actividad

A CONTINUACIÓN SE RELACIONAN MATERIALES QUE DEBE CLASIFICAR SEGÚN TRES CRITERIOS:

1.- ENTRE TODOS: DIFERENCIAR ENTRE MEZCLAS Y SUSTANCIAS PURAS

2.- ENTRE LAS SUSTANCIAS PURAS: DIFERENCIAR ENTRE ELEMENTOS Y COMPUESTOS

3.- ENTRE LAS MEZCLAS: DIFERENCIAR ENTRE HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS

zumo naranjaaireamoniaco anhidromonedagranito

agua marinaagua potablelechemetano

oro joyeriaoxigenovino

COMPRUEBE SU RESPUESTA: HOT POTATOES

(repita el ejercicio varias veces)

Para responder a la cuestión anterior hay que tener claro el significado de los conceptos presentados en la siguiente figura:

 

clasificacion materia

(LAVOISIER, 1789)

lavoisier

Lavoisier fue un gran químico experimental. Entre otros méritos hay que reconocerle la demostración de que el agua y el aire no eran elementos como se creía desde la antigua Grecia. Sus experimentos demostraron que el agua era un compuesto de hidrógeno y oxígeno y que el aire era una mezcla de nitrógeno y oxígeno.

ELEMENTO QUÍMICO ES TODA SUSTANCIA QUE NO PUEDE DESCOMPONERSE EN OTRA MÁS SIMPLE POR NINGUNA TÉCNICA ANALÍTICA

En su libro TRATADO ELEMENTAL DE QUÍMICA (1789), Lavoisier identifica 33 sustancias elementales (elementos). Como podrá apreciar en la siguiente imagen, junto a una gran cantidad de aciertos, se aprecian errores evidentes como LUZ o CALÓRICO, que se explican por el poco conocimiento que por aquella se tenía acerca de la luz y el calor, hoy día no considerados como materia.

LIMITACIÓN: El concepto de elemento químico de Lavoisier es operacional. Si una vez comprobadas todas las técnicas analíticas conocidas la sustancia estudiada no se podía ser separar en otras más simples, debía considerarse como elemento. Por ejemplo, entonces la alúmina (óxido de aluminio) no podía ser separada en aluminio y oxígeno. ¿Es capaz de encontrar casos semejantes en la relación de elementos de Lavoisier?

La definición de Lavoisier es deudora de los trabajos de Robert Boyle, que en su libro "The Sceptical Chymist" (1661) planteaba la necesidad de definir el concepto de elemento químico a partir de consideraciones experimentales.

elementos Lavoisier

COMPUESTO ES UNA SUSTANCIA FORMADA POR LA UNIÓN DE DOS O MÁS ELEMENTOS Y QUE, POR TANTO, PUEDE SER DESCOMPUESTA. LAS MEZCLAS PUEDEN CONTENER ELEMENTOS Y/O COMPUESTOS.

 

LAS MEZCLAS PUEDEN SER HOMOGÉNEAS O HETEROGÉNEAS.

LAS MEZCLAS HOMOGÉNEAS (DISOLUCIONES) TIENEN LA MISMA COMPOSICIÓN EN CUALQUIER PUNTO. LAS MEZCLAS HETEROGÉNEAS PRESENTAN REGIONES CON COMPOSICIONES DIFERENCIADAS.

LAS MEZCLAS PUEDEN PRESENTARSE EN MEDIO SÓLIDO, LÍQUIDO O GASEOSO

¿ES LO MISMO UN COMPUESTO QUE UNA MEZCLA?

Si coloca en mismo recipiente arena y azúcar obtendrá una mezcla de ambos compuestos.

arenaazucar

MEZCLA DE ARENA Y AZÚCAR

mezcla

 

La proporción de cada uno de los ellos en la mezcla puede ser arbitraria. Habrá mezclas con más azúcar y mezclas con más arena. La mezcla no tiene una composición fija.

Los componentes están presentes en la mezcla sin sufrir ningún cambio. Si lo desea podrá apreciar que la mezcla de arena y azúcar es dulce.

Además si los componentes de la mezcla pueden ser separados mediante un procedimiento sencill. En este caso bastaría añadir agua para provocar la disolución del azúcar y, posteriormente, fitrar. Este procedimiento tan sencillo es un ejemplo de separación física.

VIDEO YOUTUBE

Si coloca en un mismo recipiente azufre e hierro obtendrá una mezcla de ambos elementos.

Sin embargo si la calienta fuertemente obtendrá un compuesto como consecuencia de una reacción química.

hierroazufre

COMPUESTO DE HIERRO Y AZUFRE (SULFURO DE HIERRO II)

sfe

 

La composición del compuesto obtenido no es arbitraria, es una composición fija. Es decir, el azufre y el hierro se combinan en una determinada proporción para formar el sulfuro de hierro II. Por ello, si realiza esta experiencia, podrá observar que parte del hierro o del azufre que colocó al principio le ha quedado sin combinar.

Los componentes iniciales ya no están presentes en el producto final. Por ejemplo si acercamos un imán al sulfuro de hierro no observaremos ninguna atracción entre ambos.

La separación del sulfuro de hierro en azufre e hierro es muy difícil y exige nuevas reacciones químicas (separación química)

MEZCLA Y COMPUESTO (VIDEO)

(DALTON, 1805)

dalton

Dalton, al contrario que Lavoisier habla de átomos para definir los elementos químicos:

ELEMENTO ES UNA SUSTANCIA FORMADA POR ÁTOMOS IDÉNTICOS (IGUAL MASA ATÓMICA)

COMPUESTO ES UNA SUSTANCIA FORMADA POR LA UNIÓN DE DOS O MÁS TIPOS DE ÁTOMOS

 

DESDE LA PERSPECTIVA DE DALTON ¿CUÁLES DE LOS SIGUIENTES ESQUEMAS REPRESENTAN ELEMENTOS, COMPUESTOS O MEZCLAS?

¿CUAL REPRESENTARÍA LA SAL COMÚN? ¿Y EL AIRE? ¿Y EL OXÍGENO? ¿Y EL ORO? ¿Y EL AGUA? ¿Y EL HELIO?

COMPROBAR RESPUESTA: HOT POTATOES

 

El número de elementos químicos es muy reducido. Todos ellos están presentes en la Tabla Periódica

Shockwave Periodic TableAmerican Chemical Society

The Periodic Table of VideosUniversidad de Nottingham

El número de compuestos conocidos es increiblemente grande (varios millones)

 

Trabajando con General Chemistry (Petrucci, Harwood, Herring)

Capítulo 1

Physical vs. Chemical Change

Classification of Matter

Mixtures and Compounds

Paper Chromatography of Ink

Phases of Water

Capítulo 2

Alpha, Beta, and Gamma Rays

Rutherford Experiment

Atomic Notation

Isotopes

Mass Spectrometer

Trabajando con CURSO DE INTRODUCCION EN QUIMICA GENERAL (Universidad Valladolid)

Nomenclatura

Estructura atómica

Propiedades periódicas

Estequiometría

Test

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Inorgánica

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Orgánica

Trabajando con 100ciaquimica Formulación Química Inorgánica
PHET (QUÍMICA GENERAL)
IOWA University (Simulations)
Delights of Chemistry
Educaplus
Libro del Web de Química del NIST
Laboratorio virtual ChemCollective

Mineralogy database

Lecture Demonstration Movie Sheets

Phase Diagrams & Computational Thermodynamics
Leyes de los gases
INICIACIÓN INTERACTIVA A LA MATERIA
CHEMISTRY POWERPOINTS

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY

General Chemistry Demonstrations
Learners TV

 

Practicando Quizes con General Chemistry Online

Videos de Academy Khan

Introductory Chemistry v.1 (cap 1)

Chem1 virtual textbook