MATERIA: ESTRUCTURA Y PERIODICIDAD.

La Materia

Todo lo que existe en el universo está compuesto de Materia. La Materia se clasifica en Mezclas y Sustancias Puras. Las Mezclas son combinaciones de sustancias puras en proporciones variables, mientras que las sustancias puras comprenden los compuestos y los elementos. Los compuestos están formados por una combinación de elementos en una proporción definida.

Si se hace reaccionar Sodio (Na) con Cloro (Cl2) se obtendrá Na1Cl1 exclusivamente y no sustancias tales como Na0.5Cl2.3 o mezclas raras.

Las Mezclas se clasifican en Mezclas Homogéneas (Soluciones) y Mezclas Heterogéneas. En una Mezcla Heterogénea pueden distinguirse con facilidad las diferentes fases que forman la Mezcla, mientras que en una Mezcla Homogénea no hay distinción de fases.

Las Mezclas se separan en sus componentes por procesos físicos, mientras que los Compuestos se separan en sus constituyentes por procesos químicos

SUSTANCIAS PURAS.

Sustancia pura, forma de materia de composición uniforme e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son idénticas, sea cual sea su procedencia.

Las sustancias puras se identifican por sus propiedades características, es decir, poseen una densidad determinada y unos puntos de fusión y ebullición propias y fijas que no dependen de su historia previa o del método de preparación de las mismas. Por ejemplo, el agua pura, tanto si se destila del agua del mar, se toma de un manantial o se obtiene en una reacción química por unión del hidrógeno y el oxígeno, tiene una densidad de 1.000 kg/m3, su punto de fusión normal es 0 °C y su punto de ebullición normal es 100 °C.

Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos.

ELEMENTO QUÍMICO.

Elemento químico, sustancia que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios. Antiguamente, los elementos se consideraban sustancias fundamentales, pero hoy se sabe que consisten en una variedad de partículas elementales: electrones, protones y neutrones.

Se conocen más de 100 elementos químicos en el Universo. Aunque varios de ellos, los llamados elementos transuránicos, no se encuentran en la naturaleza, han sido producidos artificialmente bombardeando núcleos atómicos de otros elementos con núcleos cargados o con partículas nucleares. Dicho bombardeo puede tener lugar en un acelerador de partículas (como el ciclotrón), en un reactor nuclear o en una explosión nuclear.

Los elementos químicos se clasifican en metales y no metales. Los átomos de los metales son electropositivos y combinan fácilmente con los átomos electronegativos de los no metales. Existe un grupo de elementos llamados metaloides, que tiene propiedades intermedias entre los metales y los no metales, y que se considera a veces como una clase separada.

Cuando dos átomos tienen el mismo número atómico, pero diferentes números másicos, se llaman isótopos. Algunos elementos tienen varios isótopos naturales, mientras que otros sólo existen en una forma isotópica. Se han producido cientos de isótopos sintéticos. Varios isótopos naturales y algunos sintéticos son inestables.

COMPUESTO QUIMICO.

Compuesto químico, sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable. El agua, formada por hidrógeno y oxígeno, y la sal, formada por cloro y sodio, son ejemplos de compuestos químicos comunes. Tanto los elementos como los compuestos son sustancias puras.

1.1.2 Dispersiones o mezclas

En la naturaleza la materia suele presentarse en forma de mezclas de varias sustancias puras. Estas mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

En una mezcla homogénea no se distinguen diferencias entre sus partes, pro ejemplo: el vino, la leche, el agua de mar... son mezclas homogéneas. A las mezclas homogéneas cuyo estado final es líquido se les suele llamar disoluciones.

Sin embargo, en una mezcla heterogénea se distinguen claramente partes diferentes dado que estas poseen distinta naturaleza, es decir, no tienen las mismas propiedades características. Son ejemplos: la tierra, la mayoría de las rocas, una mezcla de agua y aceite.

Las mezclas se pueden separar por procedimientos físicos. Veamos varios ejemplos.

Una mezcla de petróleo y agua se puede separar aprovechando que el petróleo es menos denso y flota en el agua. A este procedimiento se le llama decantación y está basado en diferencias de densidad.

Por ejemplo, en una depuradora hay una fase de decantación.

Una mezcla de limaduras de hierro con otro componente se puede separar gracias a la propiedad que tiene dicho metal de ser atraído por los imanes.

En el caso de las disoluciones, la separación puede realizarse considerando que cada una de las sustancias disueltas posee distinta temperatura de ebullición. Se calienta la mezcla y se separa primero la sustancia que hierve antes. Este proceso físico es la destilación y está basado en diferencias en la temperatura de ebullición. De esta forma podemos separar las numerosas sustancias que forman el petróleo, la sal del agua del mar, el alcohol del vino, los colorantes de una tinta, etcétera.

1.1.3 Caracterización de los estados de agregación

Estados de Agregación de la Materia

La Materia se presenta básicamente en tres estados, los cuales son: sólido, líquido y gaseoso. En la siguiente tabla se presentan algunas características físicas de dichos estados de agregación.

Estado de Agregación Sólido Líquido Gas

Volumen Definido Definido Indefinido

Forma Definida Indefinida Indefinida

Compresibilidad Incompresible Incompresible Compresible

Atracción entre Moléculas Intensa Moderada Despreciable

EL ESTADO SÓLIDO

Las sustancias sólidas se caracterizan porque tienen un volumen y una forma determinada. Hacer que modifiquen su forma suele ser difícil: son indeformables, aunque algunos son relativamente elásticos.

Esto se debe a la estructura interna de las moléculas, átomos o iones que constituyen el sólido. Como las fuerzas intermoleculares son muy intensas, estas partículas están ordenadas espacialmente, fijas en unas posiciones determinadas. Por eso se dice que tienen una estructura interna cristalina.

A veces, esa estructura interna cristalina se manifiesta externamente como una figura geométrica: un poliedro más o menos perfecto: son los sólidos cristalizados o cristales. En la naturaleza estos se presentan como minerales.

Los vidrios y plásticos carecen de estructura interna cristalina, se dice que son sustancias amorfas y no se consideran sólidos sino líquidos con viscosidad (resistencia a fluir, debida al rozamiento entre sus moléculas) muy alta, tan alta que no pueden fluir y por eso presentan siempre la misma forma como si fueran sólidos.

EL ESTADO LÍQUIDO

En un líquido, las fuerzas intermoleculares son lo bastante intensas como para impedir que las partículas que forman el líquido se separen, pero no tienen el suficiente poder para mantenerlas fijas. Por eso, aunque los líquidos tienen un volumen constante, su forma no es fija, se adaptan al recipiente en el que están ubicados.

En el interior del líquido, todas las moléculas están rodeadas por otras moléculas de líquido que la atraen, como todas las fuerzas de atracción son iguales, es como si no se ejerciera ninguna fuerza sobre ella, por lo que puede moverse libremente. En la superficie, las moléculas sólo están rodeadas por el interior del líquido y por su superficie, así que hay una fuerza neta sobre ellas que se manifiesta en la tensión superficial, la fuerza mantiene unida la superficie del líquido y hace que ésta se comporte como una lámina que hay que romper para penetrar en el líquido. Debido a la fortaleza de la tensión superficial, entrar en el seno del líquido cuesta algún trabajo y algunos insectos pequeños pueden moverse por la superficie del líquido sin hundirse en él. Es el caso del zapatero, una chinche acuática muy común en los estanques y aguas tranquilas de Europa.

EL ESTADO GASEOSO

En un gas, las fuerzas intermoleculares son muy débiles, por lo que las moléculas del gas no se unen unas a otras, sino que se encuentran separadas, moviéndose al azar. Por esto, un gas no tiene una forma ni un volumen fijo, adoptan la forma del recipiente que los contiene y ocupan todo su volumen.

Si el gas se encierra en un recipiente que tenga una pared móvil, como una jeringuilla, al tapar su extremo abierto con el dedo y empujar su émbolo haremos disminuir el volumen del aire que contiene. Si soltamos el émbolo veremos como vuelve a su posición inicial, empujado por el aire de la jeringuilla. Otro tanto ocurre si desplazamos el émbolo aumentando el volumen del aire, al soltarlo vuelve a su posición inicial. En el primer caso, el aire que ocupa la jeringuilla ejerce una fuerza sobre el émbolo, la presión, que es mayor que la del aire que hay fuera de la jeringuilla, ambos empujan al émbolo, pero gana el aire del interior de la jeringuilla. En el segundo caso ocurre lo contrario, la presión del aire de fuera es mayor que la del aire que contiene la jeringuilla y es la que gana en el empuje del émbolo.

Para medir la presión de un gas en un recipiente, como una rueda o un balón, se usa el manómetro; para medir la presión de la atmósfera (que es un gas) se usa el barómetro que inventó Torricelli en 1650. Tanto en un caso como en otro, la presión se mide en atmósferas (atm), en bares,

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