MATERIALES DEL AMBIENTE Y SUS PROPIEDADES
INTRODUCCIÓN
La forma en que las partículas que constituyen una sustancia se reúnen o
agregan determina una buena parte de las propiedades físicas y, entre ellas, su estado sólido, líquido o gaseoso. Las leyes que rigen el comportamiento de la materia en la escala
ordinaria de observación pueden ser explicadas a partir de teorías que hacen
referencia a las interacciones entre sus componentes elementales.
Sometida a condiciones extremas, la materia puede pasar a estados físicos muy
especiales; tal es el caso del plasma y de la materia constitutiva de
las estrellas de neutrones.
La materia se presenta esencialmente, en nuestro planeta, bajo tres formas o
estados de agregación diferentes: el estado sólido, el estado líquido y el
estado gaseoso. Cada uno de estos tres estados presenta unas
propiedades directamente observables que le son características. Así los
sólidos poseen una forma y volumen propios; los líquidos, por su parte, aunque
adoptan la forma del
recipiente que los contiene, poseen un volumen propio que se mantiene
prácticamente constante aun en el caso de ser sometidos a presiones exteriores
considerables. Los gases, sin embargo,adoptan la forma
del
recipiente y además ocupan todo su volumen interior.
A lo largo de la historia, filósofos y científicos han
profundizado en el estudio de los diferentes estados de la materia y las
aportaciones en este tema, han contribuido, de manera decisiva, al desarrollo
de otros campos de la ciencia y de la técnica. Así, el estudio de los gases
sirvió de base para establecer los fundamentos de la química; el conocimiento
de la dilatación de los líquidos hizo progresar el estudio de los fenómenos
caloríficos; y, más recientemente, la física del estado sólido no sólo ha
permitido poner a prueba la mecánica cuántica como teoría física, sino que a la
vez ha abierto perspectivas de aplicación en el terreno de la electrónica y de
los nuevos materiales, que son, en buena parte, el fundamento del actual
progreso tecnológico
La finalidad de realizar esta investigación es con el fin de reforzar nuestros
conocimientos sobre los estados físicos de la materia y sus componentes, y
estudiar detalladamente cada un de las características y transformaciones de
las misma.
CONCEPTO DE MATERIA.
Sustancia que constituye todos los cuerpos, formada por
molécula y estas, a su vez por el átomo. La materia es una de las formas
de manifestarse la energía, distinguiéndose de las demás por sus propiedades
generales.
Todos los objetos que forman parte de nuestro medio ambiente, ya sean plantas, animales, carros, edificios, etc., poseen
características particulares que los diferencian a unos de otros. Pero, a pesar de ello, comparten algo en común. Todos ellos
son sometidos a los efectos de la gravedad y a la particularidad deocupar un lugar en el espacio. También se puede definir como
lo que no forma la parte sensible de los objetos perceptibles o detectables por
medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un
sitio en el espacio, si se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.
Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el
espacio. En física y filosofía, materia es el término para referirse a los
constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que
pueda ser percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se
considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles o
detectables por medios físicos. Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se
puede medir, etc.
En física, se llama materia a cualquier tipo de entidad física que es parte del
universo observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es
decir, es medible y tiene una localización espaciotemporal compatible con las
leyes de la física.
Clásicamente se consideraba que la materia tiene tres propiedades que juntas la
caracterizan: que ocupa un lugar en el espacio y que
tiene masa y duración en el tiempo.
En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo,
entidad, o discontinuidad traducible a fenómeno perceptible que se propaga a
través del
espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz y a la que se
pueda asociar energía. Así todas las formas de materia tienen
asociadas una cierta energía pero sólo algunas formas de materia tienen masa.
CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA.
aœ“ La materia es discontinua. Estaconstituida
por las partículas pequeñas y no visibles a simple vista. Todas las partículas de la misma materia son iguales.
aœ“ Las partículas están en continuo movimiento en
todas las direcciones y distintas velocidades.
aœ“ La distancia entre las partículas es mayor que el
tamaño de ellas.
aœ“ Entre las partículas existen fueras atractivas.
aœ“ En los gases las fuerzas atractivas son casi
inexistente. La distancia entre ellas es muy grande y
variables. Las partículas se mueven desordenadamente y al
azar.
aœ“ Los líquidos tienen las fueras atractivas mayores
que la de los gases y sus partículas están después al azar y mas próximo.
aœ“ En los sólidos las fueras atractivas son mayores
que la de los líquidos. Las partículas están ordenadas y
vibran.
CONCEPTO DE ÁTOMO.
Es la unidad mas péquela de un elemento químico que mantiene
su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos
químicos. Se compone de región central (núcleo) y de una nube
de electrones que la rodea cortea. A su vez esta
formado por protones y neutrones, que se llaman conjuntamente nucleones.
El núcleo es una 10.000 veces menos que el átomo mismo, por
lo que se llega a la conclusión de que el átomo esta en gran parte vacio.
En un átomo eléctricamente neutro el numero de protones (con carga eléctrica
positiva) y de electrones (con carga negativa) coincide cuando el átomo pierde
a capta electrones se convierte en un ion positivo (catión) o negativo (anión
El átomo: es la fracción de un elemento que conserva las propiedades del mismo
y no se puede dividir por el medio de reacciones químicas.
El átomo es lamenor fracción en que puede dividirse un
elemento simple sin que pierda sus propiedades químicas y pudiendo ser objeto
de una reacción química. Está formado por un conjunto de nucleones (protones y
neutrones), situados en el núcleo, que concentra la casi totalidad de la masa
atómica y a cuyo alrededor gira, en distintos orbitales, un número de
electrones igual al de protones.
El concepto de átomo como
partícula indivisible se encuentra ya en la Grecia presocrática, en las
concepciones de Leucipo y Demócrito acerca del mundo material, quienes anticiparon
además los principios de cuantificación y conservación de la materia. En 1803, Dalton emitió su
hipótesis atómica: los elementos están formados por átomos, y los compuestos
por grupos de estos (moléculas). Los experimentos de Thompson (1897) con rayos
catódicos y la identificación de éstos con los corpúsculos llamados electrones,
constituyentes de la electricidad, indicaron la posibilidad de que el átomo
fuera divisible en componentes (partículas) más elementales. Los trabajos de
Rutherford (1911) bombardeando láminas metálicas con partículas alfa llevaron a
distinguir en el átomo un núcleo pequeño (diámetro del orden de 10-12 cm) y
pesado y una nube electrónica dispuesta en capas concéntricas que abarcaban un
diámetro de 10-8 cm.
El átomo más sencillo, el de hidrógeno, consta de un solo nucleón (protón) y un
solo electrón en su corteza; los átomos más complejos tienen en el núcleo
tantos nucleones como indica su masa atómica, de los cuales son protones (con
carga positiva) en cantidad igual al número atómico (número de orden en la
tabla periódica) y neutrones (sin carga)el resto. La carga positiva del
núcleo se contrarresta con una igual de sentido contrario correspondiente a los
electrones de la corteza atómica. En 1913, N. Bohr, basándose en los
conocimientos que facilitaba la mecánica cuántica, y para explicar de modo
adecuado las líneas espectrales, presentó un modelo atómico que establecía y
cuantificaba (mediante los números cuánticos) la distribución de los electrones
alrededor del núcleo, la forma orbital en que se movían y las condiciones bajo
las cuales éstos saltaban de una a otra órbita. Posteriormente, Sommerfeld
completó el mencionado modelo con un tercer número
cuántico, con el que precisó que las órbitas electrónicas eran elípticas y no
coplanarias. En 1925, Uhlenbeck y Goudsmit demostraron que los electrones
atómicos tienen un movimiento de rotación (spin o
espín), que se define con un cuarto número cuántico. El estudio del
núcleo atómico ha dado lugar a la física nuclear, y ésta ha puesto de
manifiesto la existencia de numerosas partículas subatómicas. Las teorías
ondulatorias de E. Schrödinger sobre las partículas elementales hacen
considerar los niveles energéticos u orbitales de N. Bohr bajo una nueva
perspectiva, en la que el concepto de posición de un partícula se convierte en
la probabilidad de presencia de una onda estacionaria.
CONCEPTO DE MOLÉCULA.
Se define como
la parte mas pequeña de una sustancia que presenta todas las propiedades de
dicha sustancia. La molécula de un elemento contiene
uno o mas átomos del
mismo elemento y la de un compuesto químico contiene 2 o mas átomos de
elementos distintos.
Las moléculas sólo se hallan perfectamenteindividualizadas en los gases en
estado de movimiento rectilíneo desordenado, en cuyo caso su interacción se
limita a choques muy breves. En los líquidos, si bien las moléculas se
desplazan libremente, existe un mayor contacto
intermolecular. En los sólidos, las moléculas ocupan por lo general posiciones
fijas en los nudos de redes cristalinas. Los agregados
atómicos moleculares pueden ser polares o no polares. En
el primer caso, las moléculas forman pequeños dipolos y es la atracción que se
manifiesta entre éstos lo que causa la unión intermolecular. En las moléculas no polares, la unión es debida únicamente a las
fuerzas de Van der Waals, que, por ser más débiles, corresponden a compuestos
de bajo punto de fusión.
En química, se llama moléculas a las partículas neutras formadas por un conjunto estable de al menos dos átomos enlazados
covalentemente. [1] [2] No es posible exagerar la importancia del concepto de
molécula para la química ordinaria, especialmente para la química de la vida.
Casi toda la química orgánica y buena parte de la química
inorgánica se ocupan de la síntesis y reactividad de moléculas y compuestos
moleculares. La química física y, especialmente, la química cuántica
también estudian, cuantitativamente, en su caso, las propiedades y reactividad
de las moléculas. La bioquímica está íntimamente relacionada con la biología
molecular, ya que ambas estudian a los seres vivos a nivel molecular. El estudio de las interacciones específicas entre moléculas,
incluyendo el reconocimiento molecular es el campo de estudio de la química
supramolecular. Estas fuerzas explican las propiedades físicas como
la solubilidad oel punto de ebullición de un compuesto molecular.
Las moléculas rara vez se encuentran sin interacción entre ellas,
salvo en gases enrarecidos. Así, pueden encontrarse en redes cristalinas, como el caso de las moléculas de
H2O en el hielo o con interacciones intensas pero que cambian rápidamente de
direccionalidad, como
en el agua líquida. En orden creciente de intensidad, las fuerzas
intermoleculares más relevantes son: las fuerzas de Van der Waals y los puentes
de hidrógeno. La dinámica molecular es un método de simulación por computadora
que utiliza estas fuerzas para tratar de explicar las propiedades de las
moléculas
DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIA
aœ“ Sólido
aœ“ Liquido
aœ“ Gaseoso
Los procesos o cambios físicos son los que sufren la materia de manera
transitoria, sin que afecte su naturaleza, es decir, sin que produzca una nueva
sustancia. Por ejemplo los cambios de estado (solido, líquido y gaseoso
ESTADO SÓLIDO
Un sólido es una sustancia formada por molécula, que se encuentra muy unidas
entre si por una fuerza llamada Fuerza de Cohesión. Los sólidos son duros y
difíciles de comprimir, porque las moléculas, están muy unidas, no dejan
espacio entre ellas. Existen varias disciplinas que
estudian los sólidos:
*La física del estado
solido: Estudia como
emergen las propiedades físicas de los sólidos a partir de su estructura de la
materia condensada.
*La mecánica de solido deformables: Estudia propiedades macroscópicas desde la
perspectiva de la mecánica de medio continuos (tensión, deformación, magnitudes
y termodinámicas) e ignora la estructura atómica internaporque para cierto tipo
de problemas esta no es relevante.
* La ciencia de los materiales: Se ocupa principalmente de propiedades de lo
sólidos como
estructura y transformación de fase.
*La química del
estado solido: Se especializa en la síntesis de nuevos materiales.
Los sólidos presentan propiedades específicas:
*Elasticidad: Un solido recupera su forma original
cuando es deformado. Un resorte es un objeto en el que
podemos observar esta propiedad.
*Fragilidad: Un solido puede romperse en muchos
pedazos (quebradizo)
*Dureza: Hay sólidos que no pueden ser rayado por otro mas blando. El diamante
es un solido con dureza elevada.
*Forma definida: Tiene forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como
lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.
* Volumen definido: Debido a que tiene una forma definida su volumen también es
constante.
*Alta densidad: Los salidos tienen densidades relativamente alta
debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dicen que son mas “pesados”.
*Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad solo si su densidad es
menor a la del
líquido en el cual se coloca.
*Inercia: Es la dificultad o resistencia
que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso
de los salidos ponen resistencia
a cambiar su estado de reposo.
Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que
opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
*Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser
labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas
láminas de material sinque éste se rompa, teniendo en común que no existe
ningún método para cuantificarlas.
*Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder
obtener hilos de ellos.
ESTADO LÍQUIDOS
Un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante
desplazamiento, y que se mueven una sobre otras. Los líquidos son fluidos
porque no tienen forma propia, sino que toman la del recipiente que
los contiene.
Los líquidos carecen de una forma determinada, por lo que adoptan la del
recipiente que los contiene. Un liquido es un fluido
cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión constante y
su forma es esférica si sobre el no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma
esférica. Debido a la fuerza de gravedad su forma
queda definida por su contenedor. Un líquido
ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos los lados. Los líquidos presentan tensión superficial y capilaridad, generalmente
se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando se
enfrían. Los objetos inmersos en algún líquido son sujetos a un fenómeno conocido como
flotabilidad.
Las moléculas en el estado líquido ocupan posiciones al azar que varían con el
tiempo. Las distancias intermoleculares son constantes dentro de un estrecho margen.
Cuando un liquido sobrepasa su punto de ebullición
cambia su estado a gaseoso, y cuando Alcanza su punto de congelación cambia a
solido.
Por medio de la destilación fraccionada, los líquidos pueden separarse de entre
si al evaporarse cada uno al alcanzar sus respectivos puntos de ebullición.La
cohesión entre las moléculas de un líquido no es lo
suficientemente fuerte por lo que las moléculas superficiales se pueden evaporar.
ESTADO GASEOSO
Un gas es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre
si. Los gases no tienen forma propia, ya que las moléculas que forman se
desplazan en varias direcciones y gran velocidad, Por esta razón, ocupan grandes
espacios.
Los gases no tienen forma tienden a ocupar todo el
volumen del
recipiente que los contienen. Se denomina gas al estado de agregación de la
materia que no tiene forma ni volumen propio. Su
principal composición son moléculas no unidas, expandidas y con poca fuerza de
atracción, haciendo que no tengan volumen de forma definida, provocando que este se expanda para ocupar todo volumen del recipiente que la contiene, con respecto
a los gases. Las fuerzas gravitatorias y de atracción entre
partículas, resultan insignificantes.
Existen diversas leyes que relacionan la presión, el volumen y temperatura de un gas. Además los gases tienen una composición de moléculas
muy separadas y tiene diferentes procesos como condensación, líquido, solido
y otra vez gaseoso.
TRANSFORMACIÓN DE LOS ESTADOS FÍSICOS
Los cambios de estado o de fase pueden provocarse si se proporciona calor a la
materia, a presión constante. Esa presión
constante coincide, generalmente, con la presión atmosférica. El calor
suministrado a la materia eleva la temperatura de ésta
hasta que se alcanza el punto de cambio de fase; en ese
momento, la temperatura de la muestra deja de aumentar y la energía
calorífica se utiliza para el cambio deestado. A continuación
se describen los cambios de estado o fase.
Fusión:
Es el proceso por el cual un sólido pasa al estado
líquido. Es la transformación de un sólido en líquido
al aplicarle
calor. Es importante hacer la diferencia con el punto de fusión, que es la
temperatura a la cual ocurre la fusión. Esta
temperatura es específica para cada sustancia que se funde
Ejemplos:
Cobre sólido + temperatura = cobre líquido.
Cubo de hielo (sólido) + temperatura = agua (líquida).
El calor acelera el movimiento de las partículas del hielo, se
derrite y se convierte en agua líquida.
Ebullición:
Es la transformación de todas las partículas del líquido en gas por la acción del calor aplicado.
En este caso también hay una temperatura especial para
cada sustancia a la cual se produce la ebullición y la conocemos como
punto deebullición.
Ejemplos: El agua tiene su punto de ebullición a los 100s C, alcohol a los 78s
C. (el término hervir es una forma común de
referirse a la ebullición).
Condensación:
Consiste en el paso del estado gaseoso al líquido. Es
el cambio de estado de una sustancia en estado gaseoso a
estado
líquido.
Ejemplo: El vapor de agua al chocar con una superficie fría, se transforma en
líquido. En invierno los vidrios de los micros
se empañan y luego le corren 'gotitas'; es el vapor de agua que se ha
condensado. En el baño de la casa cuando nos duchamos
con agua muy caliente y se empaña el espejo, luego le corren las 'gotitas ' de agua.
Solidificación:
Es la conversión de un líquido en sólido mediante
enfriamiento. Es el paso de una sustancia en estado líquido a
sólido.
Este cambio lo podemos verificar al poner en el congelador un
vaso con agua, o los típicos cubitos de hielo.
Por ejemplo, el agua es líquida entre 0°C y 100°C; cuando alcanza el punto de
congelación, la temperatura se mantiene estable
por dos minutos. Conviene señalar que el punto de fusión coincide con el de
congelación.
Sublimación:
Consiste en el paso
de la fase sólida a la gaseosa sin pasar por el estado líquido. Ejemplos de sólidos que subliman son el
hielo seco (dióxido de carbono sólido), el naftaleno y el yodo. El gas de las sustancias que se subliman regresa al estado
sólido por medio de una deposición.
Evaporación:
Se define como
el cambio de la fase líquida a la gaseosa que ocurre constantemente en la
superficie de un líquido; por tanto
no se alcanza el punto de ebullición. Las moléculas externas del líquido, en contacto con el aire, escapan
por el arrastre
del viento y
el calor del Sol y otra fuente de energía. Ello explica que
la ropa tendida se seque a la temperatura ambiente.
CONCLUSIÓN.
Después del estudio realizado sobre los materiales del ambiente y sus
propiedades, podemos decir que fue muy satisfactorio todo lo que hemos
aprendido sobre la materia que son las sustancias que constituyetodos los
cuerpos formados por moléculas y esta a su vez por átomos. Los átomo que son la
fracción de un elemento que conserva las propiedades del mismo y no se pueden
dividir por medio de reacciones químicas, los estados físicos de la materia que
son: los sólidos, líquidos y gaseosos, aprender sobre ellos fue muy
interesante.
Los sólidos presentan gran rigidez y resistencia mecánica a cualquier
deformación, por ello decimos que tienen forma y volumen fijos. Son muy poco compresibles. En ocasiones
presentan formas geométricas características.
Los líquidos tienen volumen fijo, se adaptan a la forma de la vasija que los
contiene, pueden fluir más o menos según su viscosidad, son muy poco
compresibles y pasan al estado de vapor a cualquier temperatura.
Los gases no tienen forma ni volumen determinados,
ajustándose en ambos casos a la vasija que los contiene.
Interpretación teórica
Siendo un hecho constatado que los diferentes materiales están constituidos por
agregados de pequeñas partículas, sus propiedades generales pueden explicarse
mediante la intensidad de las fuerzas que mantienen unidas a dichas partículas
entre sí, llamadas átomos y moléculas.
BIBLIOGRAFÍA.
až¢ Enciclopedia estudiantil. Edición: Alfonzo López.
Equipo editorial: Juan Carlos López.
Antonio Sánchez.
Fernando Domínguez.
až¢ Estudios de la naturaleza. José Martin.
až¢ WWW. Wikipedía.COM
WWW.MONOGRAFIAS.COM
