LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MATERIA, CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA, PROPIEDADES DE LA MATERIA, ESTADOS DE LA MATERIA, Y SEPARACIÓN DE MEZCLAS...COLEGIO AMERICANO DE SAN CARLOS..tango/tango

1. La materia y los fenómenos naturales
Química 1
UNIDAD DE COMPETENCIA 2
LA MATERIA Y LOS FENÓMENOS NATURALES
UNIDAD DE COMPETENCIA 2: Aplicar los conceptos obtenidos acerca
de la materia para una mayor descripción y explicación de los fenómenos
naturales.
¿Qué vas a aprender a hacer?
1. Comprender y describir lo que es la materia.
2. Comprender la ley de la conservación de la materia y relacionarla con
acontecimientos de la vida diaria..
3. Identificar a la materia que nos rodea en base a dos criterios importantes: el
estado físico o estado de agregación de la materia y su composición.
4. Explicar cuales son los estados de agregación de la materia y el por qué y cómo
se dan los cambios físicos en ella.
5. Aplicar los conocimientos sobre separación de mezclas a situaciones cotidianas.
Conceptos
Al hombre siempre le intrigó saber cómo estaba constituida la
materia y cuáles eran sus propiedades. En un principio, tuvo
contacto con ella sólo con fines alimenticios y de protección, y
modeló las piedras para su defensa y ataque. Posteriormente, se
maravilló con el descubrimiento de metales como el cobre, el oro
y el estaño que trabajó con el calor de sus fogatas y que introdujo
en las cavernas para darles luminosidad con su resplandor. En el
Oriente, luego, el hombre incursionó en la transformación de la
materia, fabricando tinturas que aplicó, por ejemplo, en los
géneros. Hasta nuestros días, recordamos la figura de Demócrito,
quien decía que la materia estaba formada por partículas.
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2. La materia y los fenómenos naturales
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El mundo que nos rodea esta formado por materia. Todo lo que tocamos, vemos o
sentimos, como una piedra, el mar, la brisa, el sol, los planetas, los animales, etc.…, en
todos los casos se trata de materia y la podemos definir como todo aquello que
podemos percibir con nuestros sentidos, es decir, todo lo que podemos ver, oler, tocar,
oír o saborear, presenta: peso, masa inercia y extensión. Por ejemplo: una flor es
materia, porque ocupa un lugar en el espacio y los colores de la flor no son materia, ya
que por sí mismo el color no existe, es una propiedad de la materia. Se le puede
encontrar principalmente en los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso, el
plasma constituye el cuarto estado de la materia y no es muy común en nuestra vida
cotidiana, pero es el más abundante en el universo.
Ley de la conservación de la materia
Antes de cerrar el siglo XVIII, la química ya había tenido buenos
avances teóricos con Boyle y Jungius, con quienes se definió en parte
el campo de la investigación de la química y se asentaron las bases
conceptuales sobre la materia. Con éstos antecedentes Antoine
Laurent de Lavoisier (1743-1794) logró a su vez establecer la
regularidad de las reacciones químicas. Sus experimentos planeados,
siguiendo el método científico, son notables.
Lavoisier, en uno e sus clásicos experimentos, hirvió agua durante 101 días y demostró
que no hay formación de materia, como creían los alquimistas, y estableció así que en
la naturaleza, la materia no se crea ni se pierde, sólo se transforma. Estableció así, la
ley de la conservación de la materia.
Clasificación de la materia
Algunas formas
fundamentales de
clasificar y describir
a la materia se basan
en su estado físico
(como gas, líquido,
sólido, plasma) y su
composición (como
elemento, compuesto,
mezcla).
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Una de las primeras características que permiten clasificar a la materia es su
composición, la materia homogénea es aquella que posee características y
propiedades semejantes en todas sus partes, a simple vista no se distinguen sus
partes, esta formada por una sola fase.
Como materia homogénea tenemos: los elementos, los compuestos y las mezclas
homogéneas (soluciones).
Al hablar de materia pura nos estamos refiriendo a la composición que contiene una
sustancia, entendiendo que una sustancia no es otra cosa que materia cuya
composición y propiedades están definidas.
Las sustancias puras pueden ser de dos tipos: elementos y compuestos, siendo
ambos homogéneos ya que mantienen sus propiedades características.
Un elemento es una sustancia pura que se constituye por átomos de un solo tipo y no
puede descomponerse en sustancias más simples. Los elementos químicos que hasta
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ahora se conocen se representan por medio de símbolos químicos dentro de la tabla
periódica y su clasificación general los identifica como metales, no metales, semi-
metales y gases nobles de acuerdo con sus propiedades químicas.
Elementos Compuestos
Metálicos No metálicos Catión Anión Molécula
formada
Magnesio (Mg) Oxígeno (O) Ca+2 O-2 CaO
Sodio (Na) Carbono (C) H+1 Br-1 HBr
Oro (Au) Flúor (F) C+4 O-2 CO2
Cobre (Cu) Hidrógeno (H) N+5 O-2 N2O5
Plata (Ag) Fósforo (P) Na+1 H-1 NaH
Los compuestos son muy abundantes en la naturaleza, pero también son sintetizados
en el laboratorio. Un compuesto es la unión química de dos o más elementos en una
proporción definida y constante.
Los compuestos pueden descomponerse en sus elementos constitutivos o sustancias
simples empleando métodos químicos (ver algunos ejemplos de compuestos en la tabla
anterior)
Observa que para el caso de los compuestos, éstos se representan por medio de
fórmulas químicas. Cuya porción mínima se denomina molécula. Es biatómica cuando
esta compuesta por dos átomos y poliatómica si tiene gran número de átomos.
Por otro lado siguiendo con la clasificación de la materia por su composición, las
mezclas en general, se definen como el resultado de combinar dos o mas sustancias en
diferentes proporciones y al combinarse conservan sus propiedades individuales,
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además de tener las siguientes condiciones:
• Los componentes de una mezcla deben de separarse por métodos físicos
o mecánicos
• Las mezclas en su formación no presentan manifestaciones energéticas
Las mezclas pueden dividirse en homogéneas y heterogéneas.
Las mezclas homogéneas, son aquellas en la cuales los componentes no se distinguen
a simple vista y su composición es uniforme. Por ejemplo: el azúcar en agua, sal en
agua, petróleo, aire, agua de mar, etc.
La materia heterogénea en cambio, es aquella que presenta dos o más fases
observadas a simple vista o con ayuda de instrumentos, analicemos un ejemplo: un
trozo de roca de granito. A simple vista, se observa que esta constituido por cristales de
diferentes sustancias, las más comunes son: cuarzo, feldespato y mica. También
podemos citar las dispersiones heterogéneas como: los agregados (rocas),
suspensiones (pintura de aceite), emulsiones (la crema de la leche), coloides (la clara
de huevo). Si en un sistema se encuentran las fases mezcladas, se les llama
dispersión, pues se encuentra siempre una fase dispersa en la otra. Por lo general, la
fase que se encuentra en menor cantidad es la dispersada y la que se encuentra en
mayor cantidad es la dispersante.
Actividad
Elabora un mapa conceptual en tu cuaderno de la clasificación de la materia (Utiliza
palabras de enlace entre los conceptos).
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Propiedades de la materia
Las propiedades de la matera pueden ser generales o extensivas y específicas o
intensivas.
Las propiedades generales o extensivas, son cualidades de la materia que no
dependen el tipo de sustancia, pero sí de la cantidad de que se trate. Algunos ejemplos
son: inercia, peso, masa, volumen, divisibilidad. No se puede identificar a la materia por
medio de éstas características.
Veamos con más detalles algunos ejemplos de dichas propiedades:
 Inercia: Es la tendencia de todos los cuerpos a oponerse a cambiar su estado de
reposo o movimiento.
 Peso: Es la fuerza con que todos los cuerpos son atraídos por la gravedad.
 Masa: Es la propiedad fundamental de la materia y comprende la masa inercial y
la masa gravitoria. Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
 Volumen: Es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio.
 Impenetrabilidad: Dos cuerpos no pueden ocupar el mismo lugar al mismo
tiempo.
 Porosidad: Es el resultado de que entre molécula y molécula haya espacios
intermoleculares, es decir, las moléculas no están totalmente juntas, el tamaño
de los espacios esta determinado por las fuerzas de cohesión y repulsión.
 Elasticidad: Es la propiedad que tienen los cuerpos de deformarse bajo la
acción de una fuerza y recobrar después su forma al desaparecer la fuerza.
 Temperatura: Se define como la propiedad termodinámica que gobierna el flujo
de calor.
 Divisibilidad: La materia puede ser dividida en porciones cada vez más
pequeñas.
En cambio las propiedades específicas o intensivas son particulares de cada
sustancia y permiten diferenciar a un tipo de sustancia en especial con base en una
serie de propiedades intrínsecas, las cuales actúan como una huella dactilar, pues no
existe otra sustancia que tenga las mismas propiedades. Estas propiedades a su vez,
se clasifican en físicas y químicas.
Las propiedades físicas son inherentes a las sustancias, no existen cambios en su
composición. Ejemplos: color, olor, sabor (a éstas propiedades se les llama
organolépticas, porque son captadas por nuestros sentidos). Otras propiedades físicas
son: densidad, maleabilidad, ductilidad, dureza, conductividad térmica y eléctrica, etc…
Las propiedades químicas de la materia tienen que ver con la constitución íntima de
sus componentes, es decir, con su estructura atómica, tales como la reactividad,
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inflamabilidad, estabilidad, toxicidad. Para determinar las propiedades químicas hay que
observar cambios químicos en el cual se altera la composición e identidad de la
materia.
Actividad
En el texto siguiente se mencionan algunos aspectos del flúor. Identifica cuáles
corresponden a una propiedad física y cuales a una propiedad química.
El flúor es un gas de color verde amarillento, muy corrosivo y venenoso, de olor
penetrante y desagradable. Es el elemento más reactivo de toda la tabla periódica. Se
combina directamente, y en general de forma violenta, con la mayoría de los elementos.
De ahí que alguno de los científicos que trataron de aislarlo murieron y la mayoría
sufriera graves envenenamientos por flúor y sus compuestos.
En todo caso, este elemento es nocivo siempre y cuando se encuentre en grandes
cantidades. En pequeñas porciones, por ejemplo la que se encuentra en las pastas
dentales, es benéfico.
Propiedad física Propiedad química
Actividad
Investiga bibliográficamente o en Internet las propiedades físicas y químicas de :
1. El agua
2. El aluminio
3. El alcohol
4. El aire
5. El petróleo
Cambios de la materia
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8. La materia y los fenómenos naturales
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El que una sustancia sea un sólido, un líquido o un gas, a la misma temperatura,
depende de la intensidad de las fuerzas de atracción entre las partículas que la forman,
la sal a temperatura ambiente es sólida, porque las fuerzas entre iones que la
componen son muy grandes. Las fuerzas de atracción entre moléculas de agua no son
tan elevadas y por ello el agua a la misma temperatura es un líquido. En el oxígeno, las
fuerzas entre las moléculas, son casi nulas, lo que hace que puedan moverse
libremente formando un gas, pero, al aumentar la temperatura de una sustancia, el
movimiento de sus moléculas se hace cada vez más rápido, es decir, las mismas
fuerzas que mantienen unidas a las partículas de un sólido, por ejemplo, pueden no
resultar suficientemente grandes a una temperatura mayor, y la sustancia puede
transformarse entonces en un líquido o en un gas.
Para entender los cambios de estado o de fase es necesario conocer los factores
vinculados a ellos: la temperatura y la presión.
Temperatura: Es una medida de la cantidad de calor que contiene un cuerpo.
Entre más alta sea la temperatura, más rápido se mueven las partículas que forman el
cuerpo. Los valores de temperatura a que se producen los cambios de fase reciben los
nombres de puntos de fusión, ebullición, condensación y licuefacción.
Presión: Se define como la fuerza aplicada sobre un área determinada de un
cuerpo. Si ésta se incrementa, las partículas de la materia se acercan unas a otras, es
decir, se incrementa la fuerza de cohesión entre ellas; por ejemplo: los gases pueden
convertirse en líquidos si son sometidos a altas presiones.
Los cambios de estado o de fase pueden provocarse si se proporciona calor a la
materia a presión constante. Esta presión constante coincide, generalmente, con la
presión atmosférica. El calor suministrado a una muestra de materia eleva la
temperatura de ésta hasta que alcanza el punto de cambio de fase; en ese momento la
temperatura de la muestra deja de aumentar y la energía calorífica se utiliza para el
cambio de fase.
Los cambios de estado son una
transición de un estado a otro
(sólido-líquido-gaseoso) sin
alterar la composición íntima de
la materia en cuestión, y esto se
logra aumentando o
disminuyendo la temperatura o la
presión.
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9. La materia y los fenómenos naturales
Química 1
A continuación se describen
los cambios de fase:
Fusión: cambio de sólido a
líquido; calentando el sólido
éste se funde.
Evaporación: un líquido se
calienta para convertirlo en
gas.
Sublimación: conversión
directa de un sólido al estado
gaseoso sin pasar por el
líquido, al calentar el sólido.
Deposición a sublimación
inversa: cambio de gas a
sólido sin pasar por el líquido,
al bajar la temperatura.
Solidificación: es el paso del
estado líquido al sólido, al
enfriar dicho líquido.
Licuefacción o condensación: paso del estado gaseoso al líquido; se consigue al
bajar la temperatura y al mismo bajar la presión del gas.
Estados de la materia
Un elemento o un compuesto químico pueden presentarse en tres formas distintas: en
estado sólido, líquido o gaseoso. Todos sabemos que, por ejemplo el agua a
temperatura ambiente esta en estado líquido, se solidifica al enfriarla, formando hielo o
nieve, y que al calentarla se vaporiza y forma vapor de agua.
Otras muchas sustancias químicas pueden existir en cualquiera de los tres estados,
aunque de ordinario consideremos una sustancia como un líquido, un sólido o un gas,
según la forma en que se presenta a temperatura y presión ambientes.
Las partículas que componen una sustancia química (átomos, iones o moléculas) se
encuentran unidas entre si por fuerzas de atracción mutua. La naturaleza de estas
fuerzas, llamadas de “cohesión”, puede ser de diferentes tipos. La intensidad de la
fuerza de atracción entre dos moléculas, varía mucho, pero en cualquier caso, siempre
es bastante menor que la de las que unen a los propios átomos dentro de la molécula.
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A pesar de éstas fuerzas de cohesión, las moléculas (o átomos) que forman cualquier
sustancia, sea líquida, sólida o gaseosa, están moviéndose continuamente. El calor no
es otra cosa que una expresión de ese movimiento de partículas, ya que cuando
calentamos un objeto, la energía absorbida hace que el movimiento de sus partículas
sea más rápido, es decir, se almacena en forma de energía cinética de las partículas.
La diferencia entre, por ejemplo, un trozo de hierro frío y otro caliente no es que una
mayor velocidad en el movimiento de los átomos que lo componen.
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Características de los estados físicos de agregación
Sólido Líquido Gaseoso
Forma Tienen forma propia Adoptan la forma Carecen de forma
del recipiente
Volumen Tienen volumen Definido Indefinido
propio
Compresión No pueden No se pueden Son compresibles
comprimirse comprimir
Fuerzas inter Predomina las Las fuerzas de Predomina la
-moleculares fuerzas de atracción atracción son tan repulsión
débiles que pueden
fluir
Actividad
De la siguiente tabla indica en que estado de agregación se encuentran los objetos y
sustancias destacados en las siguientes frases.
Objetos y sustancias Estado de agregación
El CO2 que exhalamos
El agua que consumimos
El vinagre que se le adiciona a las
ensaladas
La suspensión empleada para infección
intestinal
Un café capuchino que consumimos
Los contaminantes que se encuentran en
el aire
El grafito que contienen los lápices
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12. La materia y los fenómenos naturales
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Actividad
Escribe dentro del paréntesis que se localiza a la izquierda la letra S, si la proposición
se refiere al estado sólido, una L si se trata del estado líquido o una G si es un gas.
( ) Tienen forma y volumen definido.
( ) Su energía cinética o de movimiento es intermedia.
( ) Sus partículas se mueven independiente y de forma desordenada.
( ) Poseen volumen definido, pero carecen de forma definida.
( ) El movimiento de sus moléculas es de tipo vibratorio.
( ) Los espacios intermoleculares son muy grandes.
Separación de mezclas
De acuerdo a lo abordado en esta unidad, las mezclas son el resultado de la unión
física de dos o más sustancias, las cuales conservan sus propiedades originales. La
composición de las mezclas es variable y las sustancias que las constituyen, siempre
podrán separarse por medios físicos o mecánicos.
La separación de mezclas, es un trabajo fundamental en el nivel industrial o en el
laboratorio para obtener, después de un proceso químico, las sustancias en estado
puro. En nuestra vida diaria es común utilizar algún método de separación de mezclas,
por ejemplo al filtrar café, lavar granos como de de frijol, arroz., al utilizar un colador,
etc.…
Las propiedades físicas más importantes para separar las mezclas son: el estado de
agregación, la solubilidad el punto de ebullición y la densidad.
Es importante conocer el tipo de mezcla a separar, si es homogénea o heterogénea,
para seleccionar el método más apropiado.
Algunos métodos de separación son: la decantación, la cristalización, la filtración, la
evaporación, la destilación, la separación de líquidos no miscibles, la
cromatografía, el tamizado, la centrifugación, la digestión, la lixiviación y otras.
Separación de mezclas líquidas y heterogéneas:
Son utilizadas las técnicas de:
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13. La materia y los fenómenos naturales
Química 1
 Decantación o sedimentación: Consiste en dejar asentar o precipitar una
fase (sólido o líquido), por efecto de la diferencia en sus
densidades y verter la fase sobrenadante (líquido) en
otro recipiente, con la ayuda de un agitador o varilla de
vidrio.
Se considera una etapa previa a la técnica de filtración y
centrifugación, si la fase asentada es un sólido, ya que no es muy
perfecta la separación lograda.
 Filtración: Es el
procedimiento utilizado para separar las
sustancias sólidas que se encuentran
mezcladas con un líquido. La filtración
se basa en el hecho de que ciertos
papeles especiales, como el papel filtro,
permitan el paso de los líquidos, pero
no el de los sólidos. Ejemplo: si se
vierte una mezcla de agua y arena
sobre un trozo de papel filtro,
previamente colocado en un embudo,
el agua pasará a través del papel, pero
el arena será retenida.
 Embudo de separación: Mediante éste método se pueden separa mezclas
heterogéneas formadas por dos líquidos inmiscibles (no forman una
solución), como en el caso del aceite y el agua; también para extraer un
sólido de una mezcla por diferencia de solubilidad. Una llave ubicada en la
parte inferior del filtro permite controlar la salida del líquido de mayor
densidad.
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14. La materia y los fenómenos naturales
Química 1
 Sublimación: Es un método para separar los componentes de un a mezcla
heterogénea constituida por dos sólidos. Para llevar a cabo este proceso es
indispensable que una de las dos sustancias sublime, es decir, se convierta
de sólido a gas, sin pasar por estado líquido, como el yodo.
Separación de mezclas homogéneas
Estos métodos de separación se utilizan cuando tenemos la mezcla de dos o más
sustancias que son solubles entre sí, ya sea la mezcla homogénea de un sólido en un
líquido o de un líquido en un líquido. Algunos ejemplos comunes son:
 Evaporación: Mediante éste método se separan mezclas homogéneas
formadas por un sólido soluble y no volátil en un líquido evaporable, por
ejemplo, sales iónicas en agua (NaCl en H2O).
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15. La materia y los fenómenos naturales
Química 1
 Destilación: Es el procedimiento
utilizado para separar dos líquidos que
se encuentran disueltos. Este
procedimiento se basa en el hecho de
que no todos los líquidos tienen el
mismo punto de ebullición. Si tenemos
una mezcla de alcohol con agua, y la
calentamos, primero se evaporará el
alcohol, ya que su punto de ebullición
70ºC, es menor que el del agua. Si
este vapor se recoge y se enfría,
obtendremos alcohol puro. Esta
operación puede repetirse para
asegurarse de que no se recogió algo
de vapor de agua.
 Cristalización: Es un método de purificación que permite separa los sólidos
de mezclas homogéneas y heterogéneas, ya sean sólidas o líquidas. Este
método se basa en la solubilidad que tienen los sólidos en los disolventes a
diferentes temperaturas
 Empleo de disolventes: Este método consiste en aprovechar el hecho de
que algunas sustancias son solubles en determinados solventes, mientras
que otras no se disuelven en dichos disolventes. Por ejemplo: el pigmento
verde de las hojas se puede extraer con alcohol caliente, pues dicho
pigmento es soluble en este líquido, mientras que otros componentes de esta
hoja, como el almidón no se disuelve en alcohol.
Actividad
En el proceso de potabilización del agua, existen varias etapas, entre las cuales hay
algunas que utilizan métodos de separación físicas de componentes no deseables.
Consultar en que consiste el proceso de potabilización del agua y cuáles son esas
etapas.
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16. La materia y los fenómenos naturales
Química 1
Actividad
Qué método de separación se emplea para separar un:
a) ¿Sólido insoluble de un líquido? ____________________________________
b) ¿Sólido disuelto en un líquido?______________________________________
c) ¿Dos líquidos miscibles?___________________________________________
d) ¿Dos líquidos inmiscibles?_________________________________________
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