CONCEPTOS BÁSICOS Y PROPIEDADES DE LA MATERIA

La química es la ciencia de cambio, su objeto de estudio es el análisis cualitativo y cuantitativo de los procesos de transformación de la materia y la energía.

El universo esta compuesto en gran porcentaje por materia y energía que esta en constante dinamismo, es decir su naturaleza no es estática y constantemente se transforma. Los elementos se combinan y forman compuestos, los compuestos se unen y forman mezclas y las mezclas se unen y forman cuerpos que a su vez por múltiples procesos (flujo de energía - materia) pueden revertir sus combinaciones para separarse, o formar nuevos compuestos, mezclas o cuerpos.

La materia se recicla una y otra vez en múltiples reacciones en el tiempo, esto le permite a los elementos adquirir tras cada combinación una presentación y unas propiedades diferentes, de este modo el Hidrógeno que hace dos semanas hacia parte de una gota de agua, hoy puede ser parte fundamental de alguna célula sanguínea en nuestro cuerpo, o es posible que un átomo de carbono que ahora hace parte de nuestro cerebro pudo haber hecho parte de algún otro ser vivo en la historia como un árbol, una flor o un ave.

La materia se agrupa de múltiples maneras bajo condiciones de proporción exacta, en otras palabras para que dos elementos puedan unirse y tengan propiedades físicas y químicas especificas, deben cumplir leyes precisas que se pueden analizar e interpretar de manera razonable a nivel matemático. 

Muestras de algunos elementos químicos.

En primer lugar cabe resaltar que a nivel físico químico podríamos definir la MATERIA como cualquier cosa (o todo aquello) que ocupa un lugar en el espacio, posee masa, energía, inercia y puede ser susceptible al cambio pero no puede ser destruido (principio de conservación).  De acuerdo a las teorías relativistas la materia posee cuatro propiedades fundamentales que se modifican de acuerdo a su composición, estas son: masa, volumen, energía y tiempo.

La manifestación mas simple de la materia son los elementos, son las substancias mono o di- atómicas  mas sencillas que pueden existir en la naturaleza, es decir que ya no se pueden transformar en otros materiales. Estos elementos están contenidos y sistematizados la tabla periódica. (la cual analizaremos mas tarde).

La materia se agrupa y es mas fácil su estudio a partir de porciones delimitadas. Estas porciones son denominadas CUERPO.

Formación de compuestos

Como lo hemos mencionado ya, los elementos se unen en una determinada proporción de acuerdo a su afinidad. Cuando dos o mas elementos se unen decimos que se formo un COMPUESTO. Una de las características mas importantes en esta unión en que los elementos pierden sus propiedades individuales para ganar propiedades conjuntas como compuesto. En un ejemplo mas practico el Hidrógeno en condiciones normales es un gas muy volátil (que se dispersa fácilmente), altamente inflamable y reactivo, por otro lado el oxigeno en condiciones normales también es un gas, mas denso y mas reactivo que el Hidrógeno, pero cuando se unen dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxigeno forman una sustancia que en condiciones normales es liquido, mas densa que los dos elementos en su estado gaseoso y no muy reactiva (agua). Los dos gases pierden sus propiedades físicas y químicas individuales (densidad, volatilidad, reactividad, peso, masa, volumen etc) para adquirir nuevas propiedades como compuesto químico. Otra característica fundamental de estas sustancias es que su separación no puede hacerse por métodos físicos; debe hacerse por métodos químicos como la electrolisis.

Agua (H2O) y Sal (NaCl) compuestos químicos

Los compuestos pueden ser de carácter puro, es decir encontrarse o producirse solos en la naturaleza, este tipo de materia es denominada sustancia o sustancia pura. No obstante la mayoría de la materia en el universo rara vez se encuentra en estado puro, generalmente la encontramos mezclada formando cuerpos en diferentes estados.
A la combinación de varias sustancias puras o varios compuestos se le denomina mezcla, la característica mas especifica de una mezcla es que a pesar que las sustancias están mezcladas cada compuesto conserva sus propiedades químicas fundamentales.otra característica es que pueden separase mediante métodos físicos como la decantación, filtración o destilación.  

Las mezclas pueden ser de dos tipos: Homogéneas o heterogéneas

Una mezcla homogénea es aquella cuyos componentes no se pueden distinguir a simple vista por separado puesto que ambos son solubles, es decir se mezclan con tanta afinidad que solo se observa una sola fase de disolución, entre estas mezclas encontramos el aire, las gaseosas, la leche, el agua salada o azucarada (esta ultima en proporciones insaturada o saturada, que no muestre sedimento)

Una mezcla Heterogénea es aquella cuyos componentes se pueden observar fácilmente a simple vista, a pesar de que los compuestos están juntos, no son solubles entre si, es decir su afinidad para mezclarse no es tan fuerte como en las mezclas homogéneas. entre estas mezclas encontramos como ejemplos comunes: una sopa de verduras, el cereal en leche, la mezcla de mortero para pegar los ladrillos de las casas etc.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS SUSTANCIAS PURAS .

• No pueden separarse por métodos físicos, solo por métodos químicos
• Poseen formula molecular (formula química)
• Los elementos pierden sus propiedades iniciales y adquieren propiedades físicas y químicas diferentes al formar compuestos

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LAS MEZCLAS

• Pueden separarse por métodos físicos.
• no poseen formula química o molecular.
• los compuestos no pierden sus propiedades fundamentales

PROPIEDADES  DE LA MATERIA

La materia independiente del estado o composición que tenga, posee propiedades que le otorgan una identidad y unas características definidas. Dichas propiedades pueden ser de carácter Físico, Químico o Biológico.

Se considera una propiedad física a aquella que puede medirse y observarse sin que cambie la composición o identidad de la sustancia, estas propiedades determinan las características mas generales de la materia. Entre ellas se encuentra Masa, Volumen, Inercia, Peso, Porosidad, Impenetrabilidad, Punto de fusión, ebullición o congelación. 

Por otro lado las propiedades Químicas son aquellas que para poder observarlas se debe inducir un cambio químico (cambio en la composición de la sustancia); entre estas encontramos la Combustibilidad, Comburencia, Poder Oxidante, Poder reductor, Acidez.

Las propiedades biológicas hacen énfasis a las características que tienen que ver con las sustancias de los seres vivos y pueden alterarlas, como la toxicidad.

Las propiedades de la materia se pueden clasificar de acuerdo a su generalidad, es decir hay propiedades que se aplican para todo tipo de materia,  se denominan PROPIEDADES  GENERALES, la mayoría de estas propiedades son físicas y pueden ser extensivas o intensivas.
Por otro lado la materia puede tener propiedades que sirven para identificar y distinguir una sustancia de la otra; este tipo de propiedades se conocen como ESPECIFICAS y también pueden ser extensivas o intensivas.

Propiedades:

MASA: Se define como la cantidad de materia que tiene un cuerpo o sustancia, sus unidad fundamental es el gramo (gr) aunque comúnmente la física utiliza como unidad estándar el Kilogramo (Kg) y en química se utiliza con frecuencia el miligramo (mg) 

VOLUMEN: Es el espacio que ocupa un determinado cuerpo, su unidad fundamental es el metro cubico (m³), también es común utilizar en química el litro (lt) y el mililitro (ml).
La unidad m³ es el resultado  de la cantidad de materia que puede caber en un cubo cuyas medidas son un metro de largo x un metro de ancho x un metro de profundo. de esta manera obtenemos la relación matemática:

1 m x 1m x 1 m = 1m³

También se hace la anotación que para convertir unidades de medida, se considera que:

1 m³ = 1000 litros

inercia sobre cuerpos de diferente masa

INERCIA: se considera inercia a la tendencia de todos los cuerpos a conservar un estado de reposo o movimiento a menos que una fuerza externa actué sobre él. Esta propiedad tiene una relación directa con la masa la cual se expresa  en la primera ley de Newton (Todo cuerpo mantendrá su estado de reposo o movimiento constante, siempre y cuando una fuerza externa no actué sobre el).

PESO: Es el resultado de la interacción de la masa con un determinado campo gravitatorio,se representa con la letra W y  puede analizarse de acuerdo a la siguiente relación matemática.

peso de una misma masa bajo dos campos
gravitacionales distintos.

W = m * g

en donde m corresponde a la masa y g a la constante de aceleración gravitacional ( en nuestro planeta tierra es equivalente a 9,8 m / s² )

Su unidad fundamental es el Newton considerando que:  1 Newton = 1 Kg m/s². De esta manera la masa debe estar expresada en Kilogramos (kg).

porosidad de un cuerpo

POROSIDAD Y PENETRABILIDAD: Esta propiedad se debe al grado de  discontinuidad y las fuerzas de cohesión que posee un determinado cuerpo. En otras palabras recordemos que la materia esta compuesta de átomos que a su vez cuando se unen forman moléculas de diferentes tamaños en las sustancias, las cuales no están unidas completamente, la materia posee espacios de vació entre las moléculas estos espacios son denominados ESPACIOS INTERMOLECULARES. Entre mas grandes sean dichos espacios mayores posibilidades se pueden dar para que otras sustancias puedan atravesar parcial o totalmente un cuerpo; Cuando un cuerpo posee unos espacios intermoleculares muy grande se dice que es muy poroso.

Por otro lado las moléculas que componen la materia poseen una fuerza de cohesión que las mantiene unidas, dependiendo del tipo de moléculas que se unan esta fuerza puede variar gradualmente. Cuando estas fuerzas se rompen fácilmente podría argumentarse que el cuerpo es fácilmente penetrable,por lo contrario si las moléculas poseen una fuerza de cohesión considerables el cuerpo sera de carácter impenetrable.

cambio de estados del agua

PUNTO DE FUSIÓN - EBULLICIÓN - CONGELACIÓN - CONDENSACIÓN : Hacen referencia a la cantidad de energía calorica que necesita una sustancia especifica para pasar de un estado de agregación a otro. Esta energía calorífica se mide en grados de temperatura (celsius, Farenheit o Kelvin), en química comúnmente se utilizan los grados Kelvin, debido a que es la única escala que no considera una cantidad calorífica negativa.

El punto de fusión es la temperatura requerida para que una sustancia pase de estado solido a liquido.

El punto de ebullición es la temperatura requerida para que una sustancia pase de estado liquido a gas.

El punto de congelación es la temperatura a la cual una sustancia pasa de estado liquido a solido.

La condensación es el paso de sustancias gaseosas a liquidas.

PODER OXIDANTE Y REDUCTOR:  Es la capacidad que tiene un determinado elemento para ganar o donar electrones en un determinado compuesto. Se considera una propiedad química debido a que las sustancias que participan en una reacción oxidante se transforman irreversiblemente. 

En la naturaleza se considera que uno de los elementos con mayor poder oxidante es el Oxigeno por lo tanto se categoriza como un elemento que reacciona y se combina fuertemente con otros elemento y sustancias.

REFERENCIAS:

•  Quimica I, libro texto basico, ( Sánchez E Judith, García B  María, Balderas S Yolanda; Mexido df

•  Brown, Theodore L., LeMay, H. Eugene, Bursten, Bruce E. Quí­mica, la Ciencia Central, 7 ed. Pearson Educación, México, 1998.

• Chang, Raymond Química, 6ª ed McGraw-Hill, México, 1999.