Química I

Química I Tema 2 Materia y energía

Objetivos de aprendizaje del tema

P R E P A R A T O R I A

Al finalizar el tema serás capaz de:

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Definir y diferenciar los conceptos de materia y energía. Revisar cada una de las definiciones de mezcla, compuesto y elemento. Diferenciar entre cada uno de ellos. Discriminar las propiedades físicas de las químicas. Ilustrar con ejemplos las diferencias entre cambio físico y cambio químico. Demostrar la importancia ecológica de control racional de los cambios químicos y toxicológicos.

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Introducción al tema

P R E P A R A T O R I A

¿De qué está formada la materia?

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Es importante conocer la materia ya que estás rodeado de ella, y para entenderla mejor cómo te afecta, cómo la afectas y cómo la podemos manipular para beneficio de los seres humanos. Necesitas comprender sus clases y propiedades.

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En la antigüedad solamente se creía que había cuatro elementos básicos: tierra, agua, aire y fuego. Pero en realidad podremos identificar cada tipo de sustancia y diferenciar entre elemento y compuesto.

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Materia

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Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y además posee masa e inercia.

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La materia se presenta en estados como:

• Gaseoso. • Líquido. • Sólido. • Cristal líquido. • Material amorfo. • Plasma.

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Materia

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Gas

• La distancia entre moléculas es muy grande y las fuerzas intermoleculares son despreciables. Las colisiones entre moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente elásticas

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Líquido

• La distancia entre moléculas es pequeña y éstas cambian de lugar ordenadamente sin ocupar posiciones definidas; las fuerzas de cohesión y repulsión están en equilibro.

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Sólido

• Las moléculas se encuentran más cercanas entre sí. Las fuerzas que predominan entre ellas es cohesión. Por tanto el movimiento de moléculas consiste en vibración en torno a puntos fijos.

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Materia

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Cristal líquido

• Al fundir un sólido se desintegran sus redes cristalinas y pueden perder su patrón tridimensional, pero los cristales líquidos, pierden su rigidez de sólo dos dimensiones. Las fuerzas interpartículas son débiles y su ordenamiento se rompe con facilidad y puede fluir como líquido. • Se usa en las pantallas de cristal líquido (LCD Liquid Cristal Display, en inglés), en relojes digitales, termómetros digitales, calculadoras y laptop, porque además este material puede cambiar de color a temperaturas específicas.

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Material amorfo

• Tiene una red cristalina desarticulada e incompleta, a pesar de tener forma y volumen fijos no se consideran sólidos. Ejemplos: cera, mantequilla, algodón de dulce, etcétera.

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Materia

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Plasma

• Es un gas ionizado que conduce corriente eléctrica pero es eléctricamente neutro. Se forma a temperaturas muy elevadas, cuando la materia absorbe energía y se separa formando iones positivos y electrones. En las estrellas, la energía que ioniza los gases se produce como consecuencia de reacciones de fusión nuclear.

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Energía

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Energía es aquella que provoca cambios, pueden ser físicos, químicos o nucleares. La energía existe en forma potencial y cinética; se puede manifestar en energía. Energía cinética

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Energía potencial

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Desde el punto de vista químico, es la energía liberada o absorbida mientras se reaccionan los compuestos. Desde el punto de vista químico, es la capacidad que tienen las sustancias de liberar o absorber energía antes de reaccionar con otra sustancia.

Calor específico

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Es la propiedad específica de la materia que expresa la cantidad de calor que requiere elevar un grado Celsius de temperatura a un gramo de sustancia.

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Mezcla, compuesto y elemento

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Sustancia pura es un tipo de materia que tiene una composición fija o definida. Hay dos tipos de sustancia pura: elementos y compuestos.

• Elemento. Es una sustancia pura que no se puede descomponer en sustancias más simples por métodos físicos o químicos. • Compuesto. Es una combinación de dos o más elementos diferentes que se unen químicamente.

Mezcla, compuesto y elemento

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Mezclas. Es la reunión de dos o más sustancias puras, en la cual cada una de ellas mantiene sus propiedades químicas individuales. Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas.

• Homogéneas. Tiene composición constante; siempre está en una fase única.

• Heterogéneas. Se les conoce como soluciones y están presentes en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

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Métodos físicos de separación

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Filtración Destilación Cristalización Cromatografía Decantación Centrifugación Evaporación Sublimación

Propiedades y cambios

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P R E P A R A T O R I A

Propiedades físicas

• Son las características que presenta la materia sin alterar su estructura interna, sin transformarse en otras sustancias.

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Propiedades químicas

• Son aquellas que presenta la materia al transformarse de una sustancia a otra diferente, alterando su estructura interna.

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Cambios físicos

• Son aquellos fenómenos físicos cuando la materia sufre cambios sin alterar su estructura interna.

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Cambios químicos

• Son los fenómenos químicos que producen alteraciones en la estructura interna de la materia. Se le denomina reacciones químicas.

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Cambios de estado de la materia

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Los cambios de estado son cambios físicos, ya que no se modifica la composición interna de la sustancia. Los cambios de estado pueden ser endotérmicos y exotérmicos. Cambios endotérmicos de estado, absorben energía para llevarse a cabo: requiere que se les aplique calor o incremento de temperatura. Son fusión, vaporización y sublimación. Cambios exotérmicos de estado, son los que liberan energía o calor, se enfrían o disminuye la temperatura. Son: condensación, salificación y deposición.

Cambios de estado de la materia

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Fusión: cambio de estado sólido a estado líquido. Vaporización: estado líquido se convierte en estado gaseoso. Sublimación: cambia de estado sólido a gaseoso sin pasar por el estado líquido. Condensación: cambio de estado gaseoso a estado líquido. Solidificación: cambio del estado líquido a estado sólido. Deposición: cambio del estado gaseoso al estado sólido sin pasar por el estado líquido.

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R E P A R A T O R I A Importancia de los cambios de estado en elPecosistema

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Ciclo hidrológico del agua El ciclo del agua, o ciclo hidrológico, describe la presencia y el movimiento del agua en la Tierra y sobre ella. El sol calienta el agua de los océanos, la cual se evapora hacia el aire como vapor de agua. Las corrientes ascendentes de aire llevan el vapor a las capas superiores de la atmósfera, donde la menor temperatura causa que el vapor de agua se condense y forme las nubes. Las partículas de nube colisionan, crecen y caen en forma de precipitación.

R E P A R A T O R I A Importancia de los cambios de estado en elPecosistema

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Ciclo hidrológico del agua Parte de esta agua permanece en las capas superiores del suelo, y vuelve a los cuerpos de agua y a los océanos como descarga de agua subterránea.

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Otra parte del agua subterránea encuentra aperturas en la superficie terrestre y emerge como manantiales de agua dulce.

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El agua subterránea que se encuentra a poca profundidad, es tomada por las raíces de las plantas y transpirada a través de la superficie de las hojas, regresando a la atmósfera.

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R E P A R A T O R I A Importancia de los cambios de estado en elPecosistema

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Ciclo hidrológico del agua Otra parte del agua infiltrada alcanza las capas más profundas de suelo y recarga los acuíferos, los cuales almacenan grandes cantidades de agua dulce por largos períodos de tiempo. A lo largo del tiempo, esta agua continúa moviéndose, parte de ella retornará a los océanos, donde el ciclo del agua se cierra y comienza nuevamente.

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Cierre

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La pirita es un mineral que esta compuesto de sulfuro de hierro (II) FeS2. Se le conoce como el “oro de los tontos” ya que es muy parecido al oro. Confundir la pirita con el oro es un gran error de identificación si sólo te enfocas a la apariencia física de las sustancias.

¿Es importante entender las propiedades físicas y químicas?

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Cierre

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Como puedes ver en este ejemplo, importa mucho, ya que de confundir una sustancia por otra, puede llevarte a pérdidas económicas, incluso si confundes un medicamento por otro te puede llevar el riesgo de perder salud o dar al hospital. ¡Abusado! Revisaste de qué está hecha la materia, pero ahora es importante revisar la estructura atómica de la materia para poder así entender más sus propiedades

Referencias bibliográficas

P R E P A R A T O R I A

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Zumdahl, S. (2007). Fundamentos de Química (5ª Ed.). México: Mc Graw Hill Interamericana.

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Phillips, J. (2007). Química conceptos y aplicaciones (2ª Ed.). México: McGraw Hill.

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Dingrando, L. (2003). Química materia y cambio. México: McGraw Hill.

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Timberlake, K. (2008). Química (2a Ed.). México: Pearson Educación.

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Créditos Diseño de contenido: Ing. María Esther Tovar Gutiérrez

Coordinador académico: L.I. Oscar Andrés Rodríguez Múgica, MATI Edición de contenido: Lic. Beatriz Adriana Tijerina Salas, MTE Edición de texto: Deletreo Ediciones Diseño gráfico: Ing. Felipe Leyva Silva, MGTI

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