Clase digital 4. Propiedades de la materia y los cambios físicos y químicos

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Propiedades de la materia y los cambios físicos y químicos

Introducción

¡Hola, qué tal tu día!, espero que sea fantástico. Es para mi un gran honor saludarte y tenerte en esta clase a la cual te doy la bienvenida. En la clase anterior entendimos los conceptos de la masa y la energía, así como el hecho de que ambas están cambiando constantemente en el universo. Ahora toca analizar las diversas propiedades que puede poseer la materia. Te habrás dado cuenta por experiencia que un trozo de gis es más frágil y quebradizo que un clavo o un tornillo, o que hay sustancias como la gasolina que arden con facilidad a comparación de otros. 

Podemos analizar la composición de diferentes objetos a nuestro alrededor, en casa podemos encontrar muchos objetos de diferentes materiales, por ejemplo, las llaves metálicas, un lápiz de madera que además tiene grafito en el centro, los muros de ladrillo unidos con cemento, incluso a nuestro cuerpo que en su mayoría se compone de agua y otros elementos. La composición de todos ellos le otorga a cada objeto diversas propiedades las cuales podemos clasificar.

Por otro lado, como ya ha sido mencionado la materia puede sufrir cambios y dependiendo de a qué nivel los sufre, se pueden clasificar en físicos y químicos, de los cuales existen muchos ejemplos.

Sin más qué agregar, te invito a conocerlos.

Desarrollo del tema

Existen muchas formas de analizar la composición de los objetos y las sustancias. Desde pequeños hemos analizado lo que hay a nuestro alrededor, por ejemplo, analizamos nuestra comida y sabemos lo que nos gusta y esto lo hacemos mediante nuestros sentidos como el olfato, el gusto, la vista, el tacto. También analizamos otros objetos como juguetes o utensilios de cocina de la misma forma, con el tacto y con el sonido podemos saber si algo es de plástico o metal lo cual nos da una idea de qué tan duro es, incluso podríamos olerlo o probarlo para corroborar. Estas son sólo algunas de las propiedades de la materia que podemos determinar, pero existen muchas otras que resultan de interés en diversas situaciones o campos de aplicación. Estas propiedades se pueden clasificar en extensivas e intensivas.

Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de materia que se está analizando y son propiedades generales, es decir que estas propiedades cambian si se tiene mucha o poca cantidad de materia. Aquí podemos tener propiedades como el volumen, la masa, el peso, la inercia, entre otras. Por ejemplo, el volumen resulta ser mayor en los objetos sólidos al tener una mayor cantidad de materia al igual que el peso.

Imagen 1. El punto de fusión es una propiedad de la materia.

Las propiedades intensivas, por su parte, no dependen de la cantidad de materia con la que cuentan y son específicas, es decir, propias del material o sustancia. Aquí podemos encontrar propiedades como la densidad, los puntos de fusión y ebullición, la dureza, la conductividad, la solubilidad, la reactividad química, entre otras. por ejemplo, el agua posee la misma densidad sí hablamos de una gota o un vaso lleno, al igual que sus puntos de fusión y ebullición, o de la dureza de un pequeño diamante o de uno de tamaño mayor, ambos poseen la misma dureza. Como vemos las propiedades intensivas pueden ser de naturaleza química como la reactividad o física como la dureza, muchas de estas propiedades específicas son determinadas con diversos procedimientos, e incluso resultan de utilidad para identificar algunas sustancias.

Imagen 2. La reactividad de las sustancias es una propiedad de la materia.
Imagen 3. Diagrama: Algunas propiedades de la materia.

Como ya se ha mencionado anteriormente la materia puede sufrir cambios, estos cambios pueden ser de tres tipos, físicos, químicos, o nucleares. Existen diversos ejemplos de cada uno de ellos y para clasificarlos hay que saber a qué nivel ocurre el cambio en la materia.

Un cambio físico se puede percibir si la materia cambió de forma, tamaño o estado de agregación, es decir sí cambió a un estado sólido, líquido, o gaseoso. Si analizamos estos cambios nos daremos cuenta de que estos pueden ser reversibles, por ejemplo, podemos derretir un chocolate con calor, pero en cuanto dejemos de aplicar el calor el chocolate tenderá a solidificarse nuevamente, al moldear un pedazo de plastilina podríamos regresarlo a su forma original fácilmente.

Estados de agregación

Cada estado de agregación tiene sus particularidades. Los sólidos como las rocas o los metales tienen una forma y volumen definidos, para mantener esta estructura sólida las partículas que conforman el cuerpo se mantienen unidas mediante fuerzas de atracción, las cuales hacen que el sólido tenga una estructura rígida y en muchos sólidos se puede apreciar una estructura cristalina. Cada partícula se encuentra en una posición fija y su único movimiento son vibraciones, es decir, no cambian de posición.

En un líquido cada partícula se mueve lentamente a través de toda la sustancia, este movimiento les otorga fluidez a los líquidos por lo que éstos tienen un volumen definido, pero no una forma, más bien adquieren la forma del recipiente en el que son contenidos. 

Los gases por su parte son sustancias sin forma ni volumen definidos. El volumen de un gas varía dependiendo de propiedades físicas como la temperatura y la presión. Las partículas en un gas se mueven constantemente de forma aleatoria otorgando fluidez, las partículas de un gas tienden a ocupar todo el espacio en el recipiente en el que son contenidos. Cuando inflamos un globo estamos agregando gas en su interior el cual se expande hasta que la presión lo permite antes de reventarse, pero los gases pueden disminuir su volumen si son sometidos a presiones y pueden expandirse al incrementar la temperatura.

Cambios de la materia

La materia puede sufrir cambios en su estado de agregación, es decir, pasar de sólido a líquido y a gas. Para lograr esto debe haber cambios. Los sólidos pueden cambiar a su estado líquido cuando absorben energía suficiente para romper las fuerzas de atracción que existen entre sus moléculas, este es conocido como el punto de fusión, y lo podemos observar claramente cuando colocamos hielo en alguna bebida, tras pasar un tiempo el hielo absorbe energía calorífica de sus alrededores lo que permite que cambie su estado a un líquido. El proceso es reversible si al líquido absorbemos su energía interna y permitimos que las fuerzas de atracción sean más fuertes, a esto lo conocemos como punto de congelación, en el cual las partículas de líquido se reorganizan en una estructura más rígida y se convierte en un sólido.

En la evaporación ocurre un fenómeno semejante, las partículas del líquido al adquirir mucha energía cinética gracias al calor administrado, provoca que se separen y se empiezan a mover más rápidamente provocando el cambio al estado gaseoso. En el punto de ebullición las partículas de un líquido adquieren la energía suficiente para superar las fuerzas de atracción que las mantienen unidas como líquido. Para revertir la evaporación se debe sustraer el calor del gas hasta que las partículas disminuyen su velocidad y se mantengan unidas pasando al estado líquido, esto ocurre en la condensación. 

Otro proceso interesante es la sublimación en el cual las partículas en la superficie de un sólido adquieren suficiente energía para pasar directamente al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Este fenómeno lo puedes observar con el hielo seco, que es dióxido de carbono en estado sólido, Donde se observa claramente que el hielo se deshace emitiendo el dióxido de carbono en estado gaseoso. De forma inversa los gases pueden pasar al estado sólido mediante el proceso de deposición. Esto lo puedes observar cuando ves que la superficie de un bote de helado contiene cristales de hielo los cuales se forman del vapor de agua en el ambiente.

Imagen 4. Los cambios de estado son fenómenos físicos.

Un fenómeno químico es distinto, en estos existen cambios a nivel molecular, es decir las moléculas cambian al romperse y formarse nuevos enlaces en las moléculas, hay cambios en las estructuras químicas. En este tipo de cambios las sustancias iniciales se transforman formando nuevas con propiedades distintas a las de la sustancia original. Aunque muchos de estos cambios son irreversibles muchos fenómenos químicos se pueden revertir regresando a las sustancias originales a partir de los productos. Muchos cambios químicos están presentes en nuestra vida cotidiana, en nuestra cocina, por ejemplo, existen muchas reacciones químicas al cocinar los alimentos La composición química de estos cambia, por ejemplo las proteínas de la carne o el huevo cambian su estructura y resultan ser más fáciles de absorber por nuestro organismo, al hornear un pan utilizando levadura, el cual es un hongo, se lleva a cabo la reacción de fermentación en la cual este microorganismo transforma los azúcares en dióxido de carbono y etanol, el dióxido de carbono ayuda a que el pan infle y quede esponjoso, mientras que el etanol se evapora durante el horneado.

Figura 5. Al hornear utilizando levadura se aprovecha el fenómeno químico conocido como fermentación.

Finalmente, los cambios nucleares de la materia ocurren a nivel de los núcleos de los átomos. A pesar de que estos cambios originan sustancias nuevas como ocurre en los cambios químicos, los cambios nucleares no implican la ruptura y formación de enlaces químicos. Estos cambios se llevan a cabo en procesos conocidos como reacciones nucleares, las cuales pueden ser de fusión nuclear o de fisión nuclear, en ellas existe una liberación grande de energía. Estos cambios son irreversibles. La fusión nuclear la experimentamos todos los días ya que es la reacción nuclear que existe en el sol donde los átomos de hidrógeno se fusionan formando átomos de helio. Por otro lado, la fisión nuclear se emplea en las centrales de energía nuclear donde los núcleos de material fisionable, como lo es el uranio, se dividen en átomos más pequeños y estables, y la energía liberada se aprovecha para generar energía eléctrica. Este fenómeno también puede observarse en las armas nucleares de fisión.

Figura 6. Las Plantas de Energía Nuclear aprovechan el fenómeno de fisión nuclear para generar energía eléctrica.

Conclusión

En conclusión, en esta clase revisamos las diversas propiedades que puede presentar la materia. Muchas de estas propiedades las podemos determinar nosotros mismos mediante nuestros sentidos, otras no tan fácilmente. Estas propiedades pueden clasificarse en extensivas e intensivas. Las primeras son propiedades que dependen de la cantidad de materia y son propiedades generales para todo tipo de sustancias. Por su parte, las propiedades intensivas son específicas de cada sustancia y no dependen de la cantidad de materia.

Además, es importante recordar que la materia puede sufrir cambios y estos pueden ser de naturaleza física, química o nuclear, dependiendo de a qué nivel ocurren los cambios. 

  • En un cambio físico la sustancia no cambia y sus propiedades se conservan, además estos cambios son reversibles. 
  • Los cambios químicos se dan a nivel molecular e implican la formación o ruptura de enlaces en una reacción química, por lo que la sustancia inicial se transforma en otra u otras nuevas, con propiedades distintas, estos cambios pueden ser reversibles o irreversibles. 
  • Los cambios nucleares por su parte implican cambios a nivel de los núcleos atómicos, los cuales se transforman tras una reacción nuclear y pueden ser fusión o fisión nuclear.

Las propiedades de la materia y los cambios que puede sufrir son un punto importante en el estudio de la química.

Espero que te haya gustado y te sea útil el conocimiento adquirido en esta clase.

¡Te felicito por tu logro! Te invito a continuar con tu proceso formativo realizando y mandando la actividad asignada a esta clase. “Perseverar es sinónimo de tenacidad, no decaigas sigue perseverando en tu educación” Te encuentro en la siguiente clase. Hasta luego.

Fuentes de información