Materia

¿Que es materia?

Materia es todo lo que nos rodea que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La ciencia que estudia la naturaleza, composición y transformación de la materia es la química. La característica fundamental de la materia es que se puede medir. La unidad fundamental que constituye la materia es el átomo.

Propiedades de la materia:

Estas propiedades son características específicas que distinguen a una sustancia de otra. Las propiedades pueden ser físicas o químicas. Con propiedades físicas se entienden aquellas propiedades que dependen de la sustancia misma; por ejemplo el color, textura, sabor. Las propiedades físicas a su vez pueden ser subdivididas en dos grupos: propiedades físicas extensivas y propiedades físicas intensivas, siendo las primeras dependientes de la cantidad de materia presente (masa, volumen, longitus) mientras las intensivas dependen solo del material, y no de la cantidad de materia (la densidad).

Introducción a estados de la materia.

Introducción a estados de la materia

La intensidad de las fuerzas de cohesión entre las partículas que constituyen un sistema material (porción de materia que pueda delimitarse y ser estudiada en forma individual) determina su estado de agregación. Cuando un sistema material cambia de estado de agregación, la masa permanece constante, pero el volumen cambia. Modificando sus condiciones de temperatura o presión, pueden obtenerse distintos estados o fases.

Los tres estados (o formas de agregación) de la materia: sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, existe un cuarto estado denominado plasma.

Ejemplos de los estados de la material.

Sólido

Estado sólido

Se llama estado sólido a una de las cuatro formas esenciales en que la materia se presenta. La materia en estado sólido (o simplemente los sólidos) se caracteriza por una disposición específica sus partículas, basada en nexos muy rígidos y fuertes, lo cual se traduce en una estructura física muy bien definida. Dichas fuerzas de cohesión entre las partículas mantienen la forma y volumen del sólido estables, y le otorgan cierto margen de dureza y de resistencia.

Sin embargo, esas fuerzas pueden vencerse a través de procesos físicos de cambio de fase.

Características:

La materia en estado sólido presenta las siguientes características fundamentales:

• Cohesión. Si bien los sólidos tienen una naturaleza química idéntica a sus versiones líquidas y gaseosas, sus partículas se encuentran muy juntas, mantenidas en su lugar por nexos muy fuertes, llamados fuerzas cohesivas. Esa es la razón de que el conjunto posea una forma definida, de límites claros y un volumen propio.

• Rigidez. La materia en estado sólido se resiste por lo general a la deformación: las torceduras, los dobleces, las hendiduras, incluso en presencia de fuerzas constantes como el peso o la gravedad. Sólo si dicha resistencia es vencida, los sólidos cambian de forma (permanente o temporalmente, dependiendo de su elasticidad).

• Incompresibilidad. A diferencia de los gases y los líquidos, los sólidos no pueden comprimirse más, es decir, sus partículas ya no pueden estar más juntas. En cambio, al someterlos a fuerzas extremas de compresión, suelen fracturarse o descomponerse en piezas más pequeñas.

• Dureza. En línea general los sólidos se muestran resistentes a ser penetrados por otros sólidos, incluso a que se ralle su superficie. Esto se conoce como dureza, la fortaleza física ante la acción de otros sólidos. La materia más dura que se conoce es el diamante.

• Elasticidad. Contraria a la fragilidad y a la dureza, la elasticidad consiste en que ciertos sólidos pueden sufrir una deformación momentánea, bajo la acción de una fuerza, para luego volver a su forma original una vez terminada dicha fuerza. Los materiales elásticos cuentan con una memoria de forma que les permite volver a su disposición anterior.

Partículas del estado sólido.

Sólidos.

   

Líquido

Estado líquido.

Los líquidos son sustancias que presentan un estado de agregación específico, en el que sus partículas se encuentran lo suficientemente juntas para mantener una cohesión mínima (no tanta como los sólido, pero mucho más que los gases) y lo suficientemente sueltas para permitir al mismo tiempo la fluidez.

Este estado de la materia suele considerarse un punto intermedio entre las cosas sólidas y las gaseosas, y por lo general es resultado de la inyección de energía a las primeras (fusión) o la sustracción de energía a las segundas (condensación). Otro camino posible para ello es la variación de las condiciones de presión. En todo caso, las partículas de un líquido están a medio camino entre la rigidez de lo sólido y la dispersión de lo gaseoso.

Características:

Forma: Los líquidos carecen de una forma definida, por lo que adquieren la que les imprima su contenedor. Un vaso de agua tendrá la forma del vaso, mientras que una gota tendrá una forma semi esférica.

Fluidez: Es una de las principales características de los líquidos y gases, que determina su capacidad para abandonar un recipiente en favor de otro a través de conductos estrechos o de forma variable, ya que las partículas de las sustancias en estos estados de agregación carecen de memoria de forma, es decir, no insisten en una forma determinada, como los sólidos.

Viscosidad: Se denomina viscosidad a la resistencia a fluir que ejercen las fuerzas internas de un líquido, que enlentecen más o menos su deformación cuando se lo vierte fuera de su recipiente o se lo pone en marcha.
Los líquidos más viscosos (como el petróleo, la brea, etc.) fluyen lentamente porque sus partículas se adhieren más las unas a las otras al rozarse; mientras que líquidos de baja viscosidad (como el agua) fluyen mucho más rápidamente.

Adherencia: Los líquidos poseen una capacidad intrínseca de adherirse a otras sustancias y superficies, cosa que puede evidenciarse con las gotas que permanecen sobre los objetos rociados con agua o en los objetos que se sumergen en un líquido. Las cosas se mojan debido a este fenómeno particular de los líquidos.

Tensión superficial: Una característica de los líquidos es presentar tensión superficial, esto es, una propiedad de las partículas de su superficie que es capaz de resistir la penetración de los objetos hasta un cierto margen, funcionando como una capa elástica.Es así que ciertos insectos pueden “caminar” sobre la superficie del agua, o las hojas caídas pueden permanecer sobre la misma sin hundirse. Dependiendo de su densidad, los líquidos pueden tener mayor o menor tensión superficial.

Capilaridad: Esta propiedad de los líquidos depende directamente de su tensión superficial, y les permite ascender o descender por un tubo que se sumerja en un recipiente lleno del líquido. Esto se debe al desplazamiento por volumen del líquido, que resiste la penetración del tubo, desplazándose dentro de él.
Un claro ejemplo ocurre cuando insertamos en un vaso con agua un sorbete (pitillo, popote, pajita, etc.) y observamos el líquido fluir dentro de él hasta niveles incluso superiores a los del agua en el vaso.

Densidad: Los líquidos presentan una importante densidad (variable de acuerdo a su naturaleza, claro está), que mantiene sus partículas juntas y les brinda cohesión. Esta es mucho menor que la de los sólidos, por ejemplo, que resisten la deformación y presentan fragilidad; los líquidos en cambio pueden “romperse” en partículas siempre iguales del mismo líquido.

Partículas del estado líquido

Ejemplo de estado líquido: Mercurio.

Gaseoso

Estado gaseoso.

En el estado gaseoso, las moléculas no están cohesionadas, por lo que no producen un cuerpo consistente, con forma y volumen definido, como sí lo hacen los sólidos. Por esta razón es que los gases son a menudo imperceptibles a la visión, aunque suelen ser perceptibles al olfato.

Los gases se expanden por todo el espacio disponible.

Se afirma que en el estado gaseoso, las moléculas se encuentran en permanente movimiento, colisionando las partículas entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. 

Propiedades físicas: 

• No tienen forma definida, por lo que adoptan la forma del recipiente en que estén contenidos. 
• No tienen volumen definido, así que tienden a copar el volumen del espacio en donde se encuentren en su totalidad. 
• Son altamente compresibles, es decir, dado el enorme espacio entre sus moléculas, se lo puede obligar a ocupar un volumen más pequeño. De hecho, cuando se incrementa su temperatura los gases se expanden, mientras que al enfriarse tienden a contraerse. 
• Los gases son fluidos, tal y como los líquidos, y pueden desplazarse con poca fricción entre un envase y otro. 
• Las partículas de los gases están tan alejadas entre sí, que su peso total es menor y son menos afectadas por la gravedad, pudiendo permanecer en suspensión en la atmósfera.
•  Los gases pueden ser más o menos densos que el aire, dependiendo de su naturaleza, y así elevarse o caer una vez que son liberados en la atmósfera. 
• El sabor, olor y color de los gases depende de los  que lo conforman. 
• Los gases se difunden con rapidez en el vacío o entre otros gases.

Propiedades químicas: 

• Inflamables
• Corrosivos
• Tóxicos
• Inertes

Estas propiedades dependen de la reactividad química de sus elementos.

Estado gaseoso.

Cambios de agregación

Cambios de estado de la materia

• Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica; durante este proceso isotérmico hay un punto en que la temperatura permanece constante. El punto de fusión es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido.
• Solidificación: Es la transformación de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El punto de solidificación o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

• Ebullición: Es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

• Condensación: Cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la valorización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.
• Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina cristalización inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.