Materia y Energía
Primeras Propuestas sobre la Materia
Las primeras propuestas sobre la composición de la materia se dieron con los filósofos griegos. Empédocles, científico y filósofo que vivió entre los años 492 y 432 a.C., argumentó que las cosas estaban hechas de cuatro elementos: tierra, fuego, aire y agua.
Demócrito, entre los años 460 y 370 a.C., propuso la teoría de que si se tomaba una piedra y se dividía en dos partes, cada mitad tendría las mismas características (propiedades) que la piedra original. Llamó a estos pequeños pedazos átomos, que significa «invisibles».
Avances en la Comprensión de la Materia
En el año 1643, Evangelista Torricelli y su pupilo Galileo Galilei demostraron que el aire tenía peso y era capaz de desplazar una columna de mercurio líquido.
Daniel Bernoulli propuso que el aire y otros gases están conformados de pequeñas partículas que no podían ser vistas.
El inglés Joseph Priestley empezó a experimentar con el mineral mercurio calx en 1773. Sus estudios revelaron que las sustancias se podían combinar dando origen a sustancias nuevas con propiedades diferentes.
A partir de estos experimentos, Antoine Lavoisier en 1778 estudió el mismo gas que Priestley, dándole el nombre de oxígeno, que quiere decir «hacedor de ácidos».
Lavoisier experimentó con otras sustancias y, a partir de estas observaciones, postuló la ley de conservación de la masa, que dice que la materia no se crea ni se destruye durante una reacción química, sino que se transforma.
Propiedades de la Materia
Propiedades Generales de la Materia
Nos referimos a las cualidades físicas:
- Masa: Es la cantidad de materia contenida en un cuerpo y se mide en kilogramos.
- Volumen: Se define como el espacio que ocupa un cuerpo y generalmente se mide en litros.
- Peso: Es la fuerza que ejerce la gravedad sobre una masa y se mide en newtons o en kilogramos-fuerza.
- Temperatura: Es la propiedad que nos da información sobre el estado de movimiento interno de las partículas de un cuerpo. Se puede medir en grados Celsius, Fahrenheit o Kelvin.
Propiedades Específicas de la Materia
Aquellas características que nos permiten diferenciar los materiales se conocen como propiedades específicas o particulares de la materia.
- Densidad: Es la relación que existe entre la masa de una sustancia y su volumen. Esta propiedad no depende de la cantidad de sustancia.
- Dureza: Es la resistencia de los materiales a ser rayados o penetrados por otro material.
- Punto de ebullición: Es la temperatura a la cual un líquido cambia a estado gaseoso cuando se le proporciona calor.
- Punto de fusión: Es la temperatura a la cual un sólido cambia su estado a líquido.
- Elasticidad: Es la capacidad que tienen los materiales de regresar a su forma natural cuando han sido sometidos a una fuerza que los deforma.
- Conductividad eléctrica y calorífica: Es el grado en que un material permite conducir calor o electricidad a través de sí mismo y depende de la estructura de este.
- Maleabilidad: Es la capacidad de los materiales para ser manipulados sin que se rompan.
Clasificación de la Materia
Sustancias Puras y Mezclas
Las sustancias puras son las que, de acuerdo con su naturaleza y componentes, no varían sin importar su estado de agregación. Se clasifican en elementos y compuestos.
- Elementos: No pueden descomponerse mediante procesos químicos.
- Compuestos: Están constituidos por dos o más elementos combinados en proporciones fijas y solo se pueden descomponer mediante procedimientos químicos.
Mezclas:
- Mezclas homogéneas: También llamadas soluciones o disoluciones, en este tipo de uniones no se pueden distinguir los componentes que la integran a simple vista.
- Mezclas heterogéneas: En este tipo de mezclas es posible distinguir a simple vista los componentes que la integran.
Clasificación de los Elementos
La tabla periódica es una organización en columnas y periodos de todos los elementos presentes en el universo. De esta organización se reconocen tres grandes grupos:
- Metales: Son buenos conductores de corriente eléctrica y calor, dúctiles, maleables, brillantes, con altas temperaturas de fusión y ebullición.
- No metales: Son malos conductores de electricidad y calor, opacos, quebradizos y la mayoría se encuentra en estado gaseoso, aunque también hay en estado líquido y sólido.
- Metaloides: También llamados semimetales, presentan propiedades intermedias entre metales y no metales.
Cambios Físicos y Químicos
Cambios Físicos
Se refiere a aquellos cambios que alteran solo la forma de la materia, sin que su estructura interna se vea afectada.
Cambios Químicos
Los cambios químicos son los procesos en los que una o más sustancias se transforman en sustancias nuevas, es decir, se altera su estructura molecular interna.
Cambios Químicos Más Comunes
- Combustión: Es el cambio químico que genera fuego a partir de oxígeno y un combustible.
- Efervescencia: Es una reacción que se caracteriza por un burbujeo, generalmente producido por la presencia de una sal en el compuesto.
- Fermentación: Una reacción que se caracteriza por un burbujeo que, en general, se produce por la presencia de una levadura, bacteria o microorganismo en el compuesto.
Niveles de Organización de la Materia
Nivel Atómico
Este nivel está integrado por todos los átomos de la tabla periódica, que son los constituyentes de toda la materia. A nivel de los seres vivos y según su función, los subclasificamos como bioelementos primarios, secundarios y terciarios.
- Primarios: Ejemplo: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno.
- Secundarios: Ejemplo: calcio, fósforo, magnesio.
- Terciarios: Ejemplo: potasio, sodio, cloro.
Nivel Molecular
Son combinaciones de átomos iguales o diferentes que forman uniones llamadas moléculas. Estas se organizan como estructuras más complejas.
Nivel Celular
La célula es la estructura mínima que constituye la vida.
Estructura del Átomo
Núcleo
El átomo está constituido en su parte interna por un núcleo donde se encuentran las cargas positivas (protones) y las cargas neutras (neutrones).
Corteza
Es la zona orbital donde las cargas negativas (electrones) se hallan presentes girando alrededor del núcleo sobre las orbitales.
Número Atómico
Los átomos se identifican por el número de protones que contiene el núcleo.
Número de Masa
Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A.
Teoría Atómica
Origen de la Teoría Atómica
Los griegos asignaron el nombre átomo, que significa indivisible.
Teoría Atómica de Dalton (1808)
John Dalton postuló su propia teoría retomando las ideas de Demócrito y Leucipo. Dalton señalaba lo siguiente:
- Todos los elementos están formados por partículas pequeñísimas e indivisibles llamadas átomos. Por lo tanto, un átomo es la partícula más pequeña que se conserva en sus propiedades.
- Los átomos del mismo elemento son todos iguales en masa, tamaño y propiedades.
Teoría Atómica de Thomson (1904)
- La mayor parte de la masa corresponde a la carga positiva.
- Imaginaba al átomo como una esfera en donde se encontraban incrustados los electrones.
Teoría Atómica de Rutherford (1911)
- La carga positiva (y por ende casi toda su masa) se encuentra en el núcleo.
- El átomo tiene la misma cantidad de protones que de electrones.
- Los electrones giran rápidamente alrededor del núcleo (protones).
Teoría Atómica de Bohr (1913)
- Los protones y neutrones se sitúan en el núcleo con poca actividad.
- Los electrones tienen una órbita determinada y están distribuidos en niveles energéticos.
- Electrones de valencia: aquellos situados en el último nivel energético.
- Se emite energía cuando un electrón «salta» del interior al exterior del átomo.
Descubrimiento del Neutrón (Chadwick, 1933)
- James Chadwick descubrió y dio nombre a los neutrones, cuya masa es ligeramente mayor a la del protón.
Enlaces Químicos
Tipos de Enlaces
- Enlace iónico (Metal + No metal)
- Formados por un elemento que acepta electrones (no metal) y otro que cede electrones (metal).
- Forman cationes (+) y aniones (-).
- Enlace metálico (Metal + Metal)
- Es la fuerza que mantiene unidos a los átomos de un metal.
- Enlace covalente (No metal + No metal)
- Los átomos comparten electrones.
- Covalente polar: se forma cuando átomos de diferente electronegatividad se unen.
- Covalente no polar: se forma cuando se unen átomos con electronegatividad similar.
- Los átomos comparten electrones.