1- La Materia y su composición
Objetivos:
En este tema aprenderás sobre :
- La materia, sus propiedades, constitución y media
- La estructura microscópica de la materia.
- La teoría cinética de la materia.
- Los principales estados de agregación de la materia
- Los cambios de estado de agregación de la materia.
- La medida de las principales propiedades materiales.
- Sistema Internacional de medida y unidades.
- Ejemplos de los principales tipos de magnitudes y unidades.
¿Qué es la materia?
Con palabras sencillas, podemos decir que materia es todo lo que existe, ocupa espacio y se puede pesar. Materia son los cuerpos que vemos, tocamos, medimos, etc. De una forma más rigurosa, materia se define como:
Materia es todo lo que existe, tiene masa y volumen.
La masa y el volumen son dos propiedades fundamentales de la materia que estudiaremos en este tema.
Si pudiéramos ver los cuerpos materiales con un microscopio muy potente, veríamos que todos los cuerpos están formados por unas pequeñas partículas llamada átomos.
Hay átomos de diferentes tipos, Los átomos se pueden diferenciar entre sí por su masa (unos pesan más que otros) , por su tamaño (unos mayores que otros) y por la forma que tienen de unirse a otros átomos.
Todos los cuerpos materiales están formados por unas partículas llamadas átomo.
En este tema consideramos a los átomos como eternos e indestructibles.
Unión de átomos
Los átomos pueden unirse entre si, formado compuestos. Estos átomos que se unen pueden ser iguales o distintos. Cuando los átomos se unen se dice que forman enlaces.
La fuerza con la que se unen los átomos dependen del tipo o naturaleza de los átomos que se unen.
Hay átomos que se atraen entre si con mucha fuerza y se unen muy fuertemente y otros que prácticamente no se atraen y no se unen.
Los átomos dependiendo de su naturaleza pueden unirse entre si formandoenlaces.
Temperatura
Intuitivamente asociamos la temperatura de un cuerpo a si este esta cliente o frió. La pregunta es: ¿qué diferencia hay entre un cuerpo con mas temperatura que otro con menos?
Si miramos las partículas o átomos que componen un cuerpo, Veríamos que esta se mueven, y se mueven mas rápido cuanto mayor es la temperatura del cuerpo y viceversa. Sil as partículas ganan energía aumenta la temperatura y si pierden baja.
La temperatura esta directamente relacionada con la rapidez (velocidad) o energía que tienen los átomos o partículas que componen los cuerpos.
El aparato mas utilizado para medir la temperatura es el termómetro.
Teoría cinética de la materia
Los cuerpos están formados por átomos que pueden unirse entre sí, tienen energía y están en movimiento.Que los átomos estén unidos o separados entre sí depende de dos factores:
1. De la fuerza con la que los átomos se atraen, que depende del tipo de átomos que se unen.
2.De la temperatura o energía que poseen los átomos. Si los átomos se mueven más rápido (más temperatura) será más fácil que se separen que si se mueven más lentos (menos temperatura).
Que los átomos estén unidos entre si depende del tipo de átomos y de latemperatura.
Por ello, las sustancias están en estado solido, liquido o gas.
Estados de la materia
Gaseoso
Las partículas de los gases se atraen muy poco entre si y están separadas.
La estructura microscópica de los gases explica que presenten las siguientes propiedades:
Su forma y su volumen es la del recipiente que con los contiene.Se pueden comprimir(reducir o aumentar su tamaño).Pueden fluir (viajar de un sitio a otro deslizándose por el medio.Los gases ejercen presión (fuerza sobre las paredes del recipiente que los contienen).
Las temperaturas altas favorecen que las sustancias estén en estado gaseoso.
Sólido
Las partículas de los sólidos se atraen con mucha fuerza entre si y están fuertemente unidas .
Las partículas de los sólidos solo pueden vibrar, y vibraran mas rápido cuanto mayor sea la temperatura.
La atracción este partículas es fuerte.
La estructura microscópica de los sólidos explica que presenten las siguientes propiedades:
Su forma y su volumen son fijos y no varían. Son incompresibles (no se reducen al ser presionados). No fluyen. Los sólidos ejercen presión solo sobre los cuerpos que están apoyados en el.
Las temperaturas bajas favorecen que las sustancias estén en estado sólido.
Líquido
Las partículas de los líquidos se atraen con fuerza intermedia entre si y las partículas están unidas pero se mueven o deslizan unas con respecto de otras.
Las partículas de los líquidos se mueven pero manteniendo, unidas al conjunto.
Se mueven mas rápido cuanto mayor sea la temperatura.
La atracción entre partículas es intermedia.
La estructura microscópica de los líquidos explica que presenten las siguientes propiedades:
Su forma es la del recipiente que lo contiene y su volumen es fijo, no varia. Son incompresibles (no se reducen al ser presionados). Pueden fluir. Los líquidos ejercen presión sobre las paredes de los recipientes que los contienen.
Las temperaturas intermedias favorecen que las sustancias estén en estado líquido.
2. Propiedades de la materia
Masa
Todos los cuerpos tienen masa. Una definición de la masa es: "cantidad de materia que tiene un cuerpo".
Otra manera mas intuitiva de describir la masa es: la masa de un cuerpo se relaciona directamente con la cantidad de átomos o partículas que contiene. Cuantos mas átomos mas masa y viceversa.
La masa de un cuerpo mide la cantidad de átomos o partículas que contiene.
Nota: también depende del tipo de átomo ya que unos átomos tienen mas masa que otros.
Volumen
Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo.
Todos los cuerpos que existen tienen volumen ya que ocupan un lugar en el espacio.
El volumen de un cuerpo es el que ocupan los átomos que lo componen mas el espacio entre ellos (espacio interatomico).
El espacio ocupado por un cuerpo no puede ser ocupado por otro cuerpo a la vez (principio de impenetrabilidad de los cuerpos).
Densidad
Hemos visto que todos los cuerpos tienen masa y volumen, es decir que están formados por átomos que ocupan un espacio.
A la división entre masa y volumen de un cuerpo se le llama densidad. d= m/v
Los átomos de un cuerpo pueden estar mas o menos juntos, es decir, en un mismo espacio puede haber mas o menos átomos.
Un cuerpo denso es aquel que tiene muchos átomos en un espacio determinado, es decir, los atomos están muy juntos. Mientras que si hay mucho espacio entre ellos sera poco denso.
Otras propiedades de la materia
Los cuerpos materiales tienen otras muchas propiedades. A continuación comentaremos algunas de ellas a modo de ejemplo:
Dureza. Indica si es fácil o difícil de rayar.
Indice de refracción. Indica si la luz y las ondas viajan mas o menos rápido en el interior de un cuerpo.
Calor especifico. Indica si hay que dar mas o menos energia para calentar el cuerpo.
Conductividad eléctrica y térmica. Indican si el calor y la electricidad pasan o no con facilidad a través de un cuerpo.
Dimensiones de los cuerpos
En el espacio que conocemos hay tres dimensiones llamadas: ancho, largo y alto.
Todos los cuerpos son tridimensionales (3 dimensiones), por ejemplo: un balón , una silla, un coche etc.
Sin embargo, hay cuerpos que tienen una dimensión mucho mas pequeña que las otras dos. Son cuerpo bidimensionales. Por ejemplo: un folio, un mantel son muy finos y en la practica se tienen en cuenta dos dimensiones: ancho y largo.
Hay cuerpos, como por ejemplo un hilo o una cerda, en los que predomina una sola dimensión, son unidimensionales.
Cambios de estado
Hemos visto que el estado de una sustancia depende de dos factores:naturaleza de la sustancia (de ella depende la fuerza de unión entre sus átomos) y temperatura ( de ella depende la energía o rapidez con la que se mueven los átomos).
Las partículas de los gases se mueven libremente, y se mueven mas rápido cuanto mayor sea la temperatura. La atracción entre partículas es débil.
Un cuerpo en estado solido al que se aumenta su temperatura hace que sus partículas se muevan mas rápido hasta que se separan y se pasan al estado liquido o gaseoso. Lo contrario pasa si se baja la temperatura, las partículas tendrán menos energía y tenderán a estar en estado liquido o solido.
Las temperaturas intermedias favorecen que las sustancias estén en estado liquido.
Magnitud, medida y unidades
Magnitud: Es cualquier propiedad (del universo) que se puede medir o calcular de alguna forma.
Ejemplos: tiempo, masa, fuerza,longitud, velocidad, aceleración etc.
Medida: Es el resultado de comparar dos magnitudes de la misma naturaleza.
Ejemplo: cuando se mide el tiempo se compara lo que tarda en ocurrir algo con lo que tardan en dar las vueltas las agujas del reloj, estoy comparando un tiempo (fenómeno) con otro (reloj).
Unidad de medida: Cantidad de una determinada magnitud que se toma como referencia. Actualmente las establece el Sistema Internacional de unidades (SI).
Ejemplo. la unidad de tiempo es el segundos, por tanto comparo lo que tarda cualquier fenómeno con el segundo.
Sistema Internacional (SI)
El Sistema Internacional (SI) es un sistema de unidades establecido por una conferencia internacional.
El SI también se llama "sistema métrico" y fue creado en 1960. La gran mayoría de los países utiliza este sistema de unidades.
Magnitudes. El SI ha establecido siete magnitudes como fundamentaleso básicas. Todas las demás son derivadas y utilizan a las fundamentales como referencia para definirse.
Unidad de medida. El SI asigna una magnitud a cada unidad. Tambien establece las equivalencias entre las unidades del SI y otras unidades de la mima magnitud.
Conversión de unidades
Las unidades pueden tener múltiplos o submúltiplos que son prefijos que se colocan delante de la unidad y que multiplican o dividen respectivamente por la unidad seguida de ceros.
Ejemplo: un kilómetro son mil metros (kilo multiplica por mil al metro).
Una misma magnitud se puede medir con distintas unidades, una de ellas es elegida por el SI y las otras no, pero tienen una equivalencia entre ellas.
Ejemplo: metros y millas, ambos miden longitud, pero el metro es la unidad del SI.
Para convertir unas unidades en otras, o para cambiar entre los múltiplos y submúltiplos de una misma cantidad se pueden usar: multiplicación o división por la unidad seguida de ceros, las reglas de tres, formulas y los factores de conversión.
Masa
Masa. Cantidad de materia que tiene un cuerpo.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: Kilogramo (kg).
Instrumentos de medida: balanza, bascula, granatario, peso...
Otras unidades: libra, onza, UTM, arroba, quintal, grano, tonelada...
Ejemplo: 2kg. La magnitud medida ers la masa en la unidad kilogramo. La cantidad medida es 2 (hay dos veces un kilogramo). Se ha medido con una balanza.
Longitud
Longitud. Distancia entre dos puntos.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: metro (m).
Instrumentos de medida: cinta métrica, regla de medir, técnicas láser...
Otras unidades: yarda, milla marina, milla terrestre, pie, cuatro, codo...
ejemplo: 5m. La magnitud medida es la longitud en la unidad metros. La cantidad medida es 5( hay 5 veces un metro). Se ha medido con una cinta métrica.
Tiempo
Tiempo. Duración de un fenómeno.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: segundo (s).
Instrumentos de medida: cronometro, reloj digital, reloj de arena, clepsidra...
Otra unidades: minuto, hora, día, mes, año, cron, eon...
Ejemplo: 8m. La magnitud medida es el tiempo en la unidad segundos. La cantidad medida es 8 (hay 8 veces un segundo). Se ha medido con un cronometro.
Temperatura
Temperatura. Medida de la cantidad de energía de las partículas de un cuerpo.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: kelvin (K).
Instrumentos de medida: termómetro termopar, resistencia eléctrica...
Otras unidades: grados, celsius, fahreheit, reamur...
Ejemplo: 3k. La magnitud medida es la temperatura en la unidad kelvin. La cantidad medida es 3 (hay tres veces un grado kelvin). Se ha medido con termometro.
Superficie
Superficie. Espacio bidimensional que ocupa un cuerpo.
Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: metro cuadrado (m2)
Medida: Superficie = longitud 1 x longitud 2
Otras unidades: área, arce, milla cuadrada, rood...
Ejemplo: 2m2 La unidad medida es superficie en la unidad metro cuadrado. La cantidad medida es dos (hay 2 veces un metro cuadrado). Se ha medido con una formula (largo por ancho).
Volumen
Volumen. Espacio tridimensional que ocupa un cuerpo.
Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: metro cubico (m3)
Medida: volumen = longitud1 x longitud2 x longitud3. Probeta, pipeta, bureta, matraz, aforado...
Otras unidades: litro, barril, pinta, galón,gota, taza...
Ejemplo: 3m3 La magnitud medida es el volumen en la unidad metro cubico. La cantidad medida es 3 (hay 3 veces un metro cubico). Se ha medido con una formula (largo por ancho por alto).
Densidad
Densidad. Relación entre la masa que tiene un cuerpo y el espacio que este ocupada.
Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: kilogramo/metro cubico(kg/m3)
Medida: densidad = masa/volumen. Densimetro, picnometro, balanza hidrostatica...
Otras unidades: gramos por milímetro, onza por pulgada cubica, slug por pie cubico, libra por galón...
Ejemplo: 6kg/m3 La magnitud medida es la densidad en la unidad kilogramo por metro cubico. La cantidad medida es 6 (hay 6 veces un kilogramo en metro cubico). Se ha medido con un densimetro.
