La materia: concepto, propiedades, cambios y clasificación

La materia, junto con la energía, constituyen el universo. La materia se define como “todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Es decir que tiene volumen.

Masa

Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Sus unidades son, por ejemplo, el gramo, el kilogramo, la libra, la tonelada, etc.

Peso

Está relacionado con la fuerza de gravedad que ejerce el universo sobre los cuerpos. El peso, por ser una fuerza, se mide en Newton, dinas y kilogramos fuerza. Por ejemplo, un cuerpo cuya masa es de un kilogramo, en la tierra tiene un peso de 9,8 newton. Sin embargo, en la luna, su peso es de 1,62 newton, puesto que la luna tiene menor fuerza de gravedad.

En otras palabras, el peso resulta de multiplicar la masa de un cuerpo, por la aceleración de gravedad.

Conservación de la materia

La materia puede sufrir muchas transformaciones durante las reacciones químicas. Sin embargo, la cantidad de materia permanece sin modificaciones. Esto fue enunciado por Lavoisier en la “ley de conservación de la materia” que dice: la cantidad de materia que entra en una reacción, permanece constante antes, durante y después del proceso.

Propiedades de la materia

Las propiedades de la materia se pueden dividir en tres clases: fundamentales, físicas y químicas.

Propiedades Fundamentales

Son aquellas que se pueden aplicar a cualquier tipo de materia sin establecer diferencias entre una sustancia y otra y sin importar su estado o posición en el universo. Estas propiedades son impenetrabilidad e inercia.

Impenetrabilidad: según esta propiedad, dos cuerpos no pueden ocupar simultáneamente el mismo espacio.
Inercia: es la resistencia que muestran los cuerpos a cambiar su estado de equilibrio (reposo o movimiento) en que se encuentren. Esta resistencia depende de la masa del cuerpo.

Propiedades Físicas

Son aquellas que pueden ser descritas sin hacer referencia a otra sustancia, se perciben a través de los sentidos y se miden con facilidad. Por ejemplo, el olor, sabor, color, textura y, además, las que se definen a continuación.

Aunque estas propiedades pueden medirse en cualquier cuerpo, se hacen particularmente importantes para las sustancias (elementos y compuestos), por cuanto cada una de ellos tiene propiedades únicas que son útiles en su identificación. En la tabla periódica encontramos las propiedades físicas de los elementos y en libros de química las de los compuestos. Las propiedades físicas deben ser medidas a temperatura y presión conocidas. Por lo general a 20 grados centígrados y una atmósfera de presión.

Estado

La materia puede presentarse en tres estados:

Estado sólido: Las partículas que forman un sólido están muy cerca unas de otras, de manera que sus fuerzas de atracción son muy grandes y su energía cinética es reducida. En consecuencia, los sólidos se caracterizan por su forma y volumen definidos.

Estado líquido: en los líquidos, las partículas están un poco más separadas que en los sólidos, de manera que sus fuerzas de atracción son menores y su energía cinética es mayor. Esto hace que los líquidos tengan volumen definido pero forma variable y tomen la forma del recipiente que los contiene. Tanto los sólidos como los líquidos son incompresibles. Es decir, que no cambian de volumen como resultado de los cambios de presión a temperatura constante.

Estado gaseoso: en los gases, las partículas están muy separadas de manera que sus fuerzas de atracción son casi nulas y su energía cinética es muy alta. Por lo tanto, los gases no conservan ni su forma ni su volumen. Toman la forma del recipiente que los contiene y su volumen aumenta o disminuye fácilmente como resultado de los cambios en la presión.

Cambios de estado: Una sustancia puede cambiar de un estado a otro según las variaciones de la temperatura y de la presión. Los cambios de estado son cambios físicos. En la figura 1 se resumen los cambios de estado y sus respectivos nombres.

Figura 1. Cambios de estado y sus nombres.

Densidad

Es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. matemáticamente se expresa como d=m/v. Si nos dicen, por ejemplo, que la densidad del hierro es 7.86 gr/cm³, esto significa que cada centímetro cúbico de hierro tiene una masa de 7.86 gramos.

Punto de fusión

Es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado sólido a estado líquido. Por ejemplo, si el hierro se derrite a 1536°c, ese es su punto de fusión.

Punto de ebullición

Es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado líquido a estado gaseoso. Esta temperatura para el hierro es 5000°C.

Conductividad

Es la capacidad de un material para transportar calor o electricidad. Los metales son electro conductores y termo conductores. Algunos materiales solo conducen o calor o electricidad. Por otro lado, los que no conducen ninguno de los dos, se denominan aislantes.

Maleabilidad

Cuando se logra reducir un material a láminas, se dice que es maleable.

Ductilidad

Un material es dúctil cuando se pude reducir a hilos. Los metales son dúctiles y maleables.

Tenacidad

Es la propiedad de algunos materiales que se deforman antes que partirse, cuando se someten a presión, torsión o impacto. La propiedad contraria se denomina fragilidad. Por ejemplo, los metales son tenaces y los vidrios son frágiles.

Dureza

Es la resistencia de un material a ser rayado o cortado por otro. Existen escalas que miden la dureza relativa entre varios materiales. Por ejemplo, la escala de dureza de Mohs, relaciona varios minerales entre los cuales el más duro es el diamante. Un material que se puede cortar o rayar con facilidad es blando.

Propiedades Químicas

Son aquellas que requieren de la referencia a otras sustancias para ser descritas y son particulares a cada compuesto o elemento. Las propiedades químicas se identifican en una sustancia, por su comportamiento cuando entra en contacto con otra u otras. Describimos una propiedad química cuando decimos, por ejemplo, que los ácidos reaccionan con los metales produciendo sales y liberando hidrógeno. En el ejemplo anterior, se define una propiedad de los ácidos, por su comportamiento cuando entran en contacto con algún metal.

Cambios en la materia

Cambio físico: son modificaciones que sufre un cuerpo en su apariencia, sin que se altere su naturaleza o estructura. Se caracterizan por ser reversibles. Los cambios de estado, por ejemplo, son cambios físicos.
Cambio químico: son modificaciones que sufren los cuerpos en sus propiedades, de tal modo que se afecta su naturaleza. Implica la destrucción de moléculas y la formación de otras nuevas. Un cambio químico es una reacción química. Son difícilmente reversibles. La oxidación y la combustión, por ejemplo, son cambios químicos.

Clasificación de la materia

La materia puede clasificarse según ciertas propiedades en dos grandes grupos: sustancias y mezclas.

Sustancias: son materiales que tienen las siguientes características:

Entre las sustancias están los elementos y los compuestos. Los elementos, son las sustancias más simples de la naturaleza. Están formados por átomos de igual número atómico y se encuentran clasificados en la tabla periódica. Los compuestos formados por moléculas iguales.

Por otro lado, las mezclas: son materiales que se caracterizan por ser uniones netamente físicas de dos o más elementos o compuestos en proporciones variables. Sus propiedades son las de sus componentes. Por lo tanto, se pueden separar por métodos físicos (métodos de separación de mezclas). Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

Mezclas heterogéneas: son aquellas que presentan dos o más fases. Sus componentes son fácilmente identificables y mecánicamente separables. Por ejemplo, agua y aceite; limadura de hierro y azufre; lentejas y azúcar.
Mezclas homogéneas: presentan una sola fase y sus componentes son difícilmente observables. Las más importantes son las aleaciones (mezclas de metales) (Por ejemplo el bronce es una aleación de cobre y estaño) y las soluciones ( Por ejemplo, agua y alcohol, gasolina aceite, suero fisiológico).

Métodos de separación de mezclas

Filtración: Se usa para separar un sólido insoluble de un líquido. El sólido es retenido por un obstáculo llamado filtro. Como cuando en casa se filtra el café. La bolsa de tela es el filtro.
Decantación: Consiste en dejar asentar las partículas sólidas inmersas en un líquido, para luego vaciar el líquido lentamente conservando el sólido en el recipiente. como cuando en casa se lavan granos como fríjol o arroz.
Destilación: Separa líquidos miscibles (que se disuelven uno en el otro), teniendo en cuenta sus puntos de ebullición.
Cristalización: Se utiliza para separar líquidos miscibles volátiles atendiendo a sus puntos de fusión.
Embudo de separación: Es útil para separar líquidos inmiscibles (que no se disuelve uno en el otro). Consiste en dejar que el líquido más denso ocupe el fondo del recipiente y, después de eso, abrir la llave para retirarlo lentamente. Por ejemplo, para separar agua y aceite.
Separación magnética: Se utiliza para separar mezclas sólidas aprovechando las propiedades magnéticas de alguno de sus componentes metálicos.
Evaporación: Es útil para separar sólidos disueltos. Se lleva la mezcla a punto de ebullición y se retira el líquido en forma de vapor, conservando el sólido en el recipiente.
Centrifugación: Consiste en hacer rotar el recipiente con la mezcla a alta velocidad. La fuerza centrífuga lleva los componentes más pesados al fondo del recipiente, dejando los más livianos en la superficie. Se utiliza para separar sólidos suspendidos en un líquido. Por ejemplo, para separar los componentes de la sangre.
Cromatografía: Se utiliza para separar mezclas orgánicas por absorción selectiva, teniendo en cuenta los pesos moleculares de las sustancias a separar.
Electroforesis: Se utiliza para separar mezclas orgánicas mediante campos eléctricos selectivos. Las mezclas de proteínas, por ejemplo, se separan con este método.

Figura 2. Ejemplos de métodos de separación de mezclas.

Taller de lectura

¿Cuáles so los dos constituyentes o componentes del universo?
Escriba la definición de materia.
¿Qué es la masa y en qué unidades se mide?

¿Qué es peso y en qué unidades se mide?
Enuncie la ley de conservación de la materia.
¿Qué son propiedades fundamentales?

¿Qué es impenetrabilidad?
Escriba la definición de inercia.
¿Qué son las propiedades físicas? Dé 4 ejemplos.

¿Para qué sustancias son particularmente importantes las propiedades físicas y por qué?
Escriba las características de cada uno de los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso).
¿Cómo una sustancia puede cambiar o pasar de un estado a otro?

Copie el esquema que resume los cambios de estado y sus respectivos nombres.
Escriba la definición de las siguientes propiedades físicas: densidad, punto de fusión, punto de ebullición, conductividad, maleabilidad, ductilidad, tenacidad y dureza.
¿Qué son propiedades químicas y cómo se identifican es una sustancia? Dé un ejemplo.

Escriba la definición de cambio físico y cambio químico.
¿Cómo puede clasificarse la materia?
Copie la tabla que muestra las características de las sustancias.

Escriba la definición de elementos y compuestos.
¿Qué es una mezcla?
Escriba la definición de mezcla homogénea y, además, escriba 2 ejemplos.

¿Qué es mezcla heterogénea? Dé ejemplos.
Escriba la definición de cada uno de los 10 métodos de separación de mezclas.
¿Qué significan los términos, miscible e inmiscible?