CENTRO CULTURAL
CHINO PANAMEÑO
INSTITUTO SUN YAT
SEN
APUNTES DE QUÍMICA
Xº, II TRIMESTRE
PROFA. FULVIA
ANDRIÓN
LA
MATERIA Y LA ENERGÍA
LA MATERIA:
http://www.mates-fskyqmk.net/qmk/materia.html
ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA
-Sólido: Moléculas
fuertemente unidas, ejemplo: piedra, madera, hierro.
-Líquido: Moléculas
unidas intermediamente, ejemplo: agua.
-Gaseoso: Moléculas
débilmente unidas, ejemplo: vapor de agua, gas butano, helio.
-Plasma: El Plasma es
el cuarto estado de la materia,
cuando los electrones ya no están atrapados en sus órbitas alrededor del
núcleo, se presenta dicho estado. La
mayoría de la materia en el Universo se encuentra en el estado de plasma. Esto
es porque las estrellas, que son tan
calientes que sólo pueden existir de esa, así que se podría decir que este
estado es unos de los más abundantes en el universo. Un plasma es un gas en el
que los átomos ionizados forman una mezcla eléctricamente neutra, con números
iguales de iones cargados positivamente y electrones cargados
negativamente. Las fuertes interacciones
eléctricas entre los átomos hacen que su comportamiento sea muy diferente al de
un gas ordinario. Se puede encontrar
plasma en una lámpara fluorescente; el gas que dentro de ella se convierte en
plasma cuando la lámpara se enciende.
- Bose-
Einstein: Con átomos de rubidio supercongelados, Eric Cornell y
Carl Wieman de la U. de Colorado, crearon el quinto estado de la materia: el cubo de hielo cuántico o
Bose-Einstein. El estado lleva el
nombre de Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, quien predijo su existencia
hacia 1920. Los condensados B-E son superfluídos gaseosos enfriados a
temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En este extraño estado, todos los
átomos de los condensados alcanzan el mismo estado mecánico-quantum y pueden
fluir sin tener ninguna fricción entre sí. Aún más extraño es que los
condensados B-E pueden “atrapar” luz, para después soltarla cuando el estado se
rompe.
Los sólidos tienen forma propia y volumen
definido, son rígidos y no pueden fluir.
Los líquidos también llamados
fluidos, no tienen forma propia, toman la forma del recipiente que los contiene
y su volumen es definido. Los gases no tienen forma ni volumen
definido, tienden a expandirse, llenan el recipiente que los contiene y pueden
comprimirse, cuando se ejerce una presión sobre ellos.
La fuerza de
atracción, también llamada de cohesión, es la fuerza que une a
las moléculas y la fuerza de
repulsión es la que las separa. Toda la materia cuenta con fuerzas de
cohesión y de repulsión; según la fuerza que predomine, será el resultado de la
unión o de la separación entre las moléculas, lo que indicará si la materia es
sólida, líquida o gaseosa.
En los sólidos predomina la fuerza de atracción, o de
cohesión, sobre la fuerza de repulsión.
Los líquidos tienen equilibradas las fuerzas de cohesión con las de
repulsión. En los gases predomina la
fuerza de repulsión sobre la de cohesión.
Si integramos las características generales de los
estados de agregación o estados físicos de la materia con la acción de las
fuerzas de atracción o de repulsión tendremos las siguientes definiciones:
·
Sólidos: Tienen forma y volumen definidos.
El movimiento de sus moléculas es vibratorio, porque predominan las
fuerzas de cohesión sobre las fuerzas de repulsión y por ello su posición es
casi fija.
·
Líquidos: Tienen volumen definido, no tienen forma propia porque el espacio entre sus
moléculas es mayor que en los sólidos, lo que facilita su movimiento, por lo
que toman la forma del recipiente que los contiene. Hay un equilibrio entre las fuerzas de
atracción y de repulsión.
·
Gases: No tienen forma ni volumen definidos; el espacio intermolecular es muy
grande, por lo que tienden a expandirse, ya que su fuerza de cohesión es
pequeña y predomina la fuerza de repulsión.
Por estas mismas características, pueden comprimirse fácilmente.
PROPIEDADES DE LA MATERIA
Propiedades
extrínsecas (extensivas o generales): Son aquellas que varían con la cantidad
de materia considerada, permitiendo reconocer a la materia, como la extensión,
o la inercia. Estas son: peso, volumen y longitud.
Propiedades intrínsecas (intensivas o
específicas): Son aquellas que no varían con la cantidad de materia
considerada. No son aditivas y, por lo general, resultan de la composición de
dos propiedades extensivas. Estas son: punto de fusión, punto de ebullición,
densidad, coeficiente de solubilidad, índice de refracción, color, olor, sabor.
CAMBIOS Y TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA Y DE LA MATERIA
A. CAMBIO FÍSICO:
Cambios físicos son aquellos que no alteran la naturaleza íntima de la
materia; es decir, son cambios en los que no se modifica la
composición química de los elementos y sustancias involucrados. No se originan nuevas sustancias. La misma sustancia
está presente antes y después del cambio. En este tipo de cambio se intercambia
cierta cantidad de energía y sólo se afectan algunas propiedades físicas.
Cambios de estado de agregación
http://www.laenciclopedia.com/LEE/images/03/001/diagrama2.jpg
Son cambios físicos la cristalización, evaporación, congelación, fusión,
condensación, sublimación, molienda, trituración, decantación, filtración,
destilación, etc. Por ejemplo, el hielo seco que es dióxido de carbono, cambia
de estado (de sólido a gaseoso) a la temperatura y presión ambientes. Al congelarse el agua sufre un cambio físico
(pasa del estado líquido al sólido) sin perder sus propiedades químicas, es
decir, sin dejar de ser H2O.
El golpear, halar o calentar no cambian las características químicas de
una sustancia. El cortar un pedazo de
madera en pequeños pedazos, el rasgar papel, el disolver azúcar en agua y el
verter un líquido de un envase a otro, son otros ejemplos de cambios físicos. La naftalina o el ácido benzoico al
calentarse se subliman, pasan directamente del estado sólido al gaseoso, y al
enfriarse se cristalizan. La mayoría de los cambios físicos son
reversibles. Por ejemplo, el agua se
evapora y forma vapor; éste se condensa y vuelve a ser agua.
Las
transformaciones de fase, llamadas también cambios de estado, son simplemente
fenómenos físicos que ocurren en la naturaleza en forma espontánea. Estos
cambios se efectúan en las grandes masas de agua, como los ríos mares y
océanos, en la inmensidad de la atmósfera y en las rocas de las enormes
montañas; de ellos, algunos son visibles a simple vista, otros son pasajeros,
permanentes o reversibles, muy rápidos o tan lentos que a veces pasan
inadvertidos. Todo ello sucede en los
tres estados de agregación.
Cuando la
materia sufre transformaciones en su estado de agregación se dice que
experimenta "un cambio de estado o transformación de fase". En todos ellos, al verificarse, interviene la
energía en alguna de sus formas:
mecánica, cinética, calorífica, eléctrica, etc.
http://blog.educastur.es/coleelllano5b/category/general/conocimiento-del-medio/
Las sustancias
normalmente tienen una de las fases o estados de agregación de la materia. Pueden ser sólidos, como la sal, el azúcar,
el hierro; líquidos como la gasolina, el
alcohol; y gaseosos como el hidrógeno, el oxígeno. Sin embargo, pueden pasar de una fase sólida
a una líquida, de líquida a gaseosa, de gaseosa a líquida, por una simple
variación de la temperatura o de la presión.
Ejemplo, la sal común o cloruro de sodio, es un sólido cristalino que a
temperaturas elevadas se funde y pasa a la fase líquida; esto no significa que la sal se haya
convertido en otra sustancia, sino simplemente que ha transformado su fase.
El dióxido de
carbono, llamado también anhídrido carbónico, es un gas incoloro que puede ser
licuado y almacenado en cilindros de acero; si se someta a una presión de 60
atmósferas y se disminuye la temperatura, se solidifica formando una masa
blanca llamada nieve carbónica o hielo seco, que se usa comercialmente como
refrigerante, debido a sus considerables descensos de temperatura; al contacto
del aire vuelve a tomar su fase gaseosa.
Al calentar un
sólido se funde, esto es, cambia del estado sólido al líquido. El hierro debe calentarse a 1 535 °C para que
se funda, en cambio una muestra del elemento galio se funde mientras se
sostiene en la palma de la mano. La
temperatura a la cual se funde un sólido se llama punto de fusión. Al enfriar un líquido éste se solidifica o
congela, es decir, cambio del estado líquido al sólido. La temperatura a la que un líquido se congela
se llama punto de congelación. Los
líquidos como el agua y el aceite vegetal pueden congelarse en el refrigerador
de la casa.
Al calentar un líquido se forma vapor, o sea, cambia
del estado líquido al gaseoso. Un líquido puro rápidamente hierve o se evapora
a una temperatura específica cuando se expone a la atmósfera. La temperatura a la que un líquido puro
hierve se denomina punto de ebullición.
El agua presenta las tres fases o estados de
agregación de la materia. Una simple
variación, muy alta o muy baja, de la temperatura y presión desencadenan una
serie de "transformaciones de fase" que tienen gran impacto e
importancia en nuestra vida cotidiana.
http://www.rmm.cl/index_sub3.php?id_contenido=14883&id_seccion=6008&id_portal=726
Estas
transformaciones son las siguientes. El agua de los mares, por el calor del
Sol, se evapora, transformándose en vapor de agua, el cual forma las
nubes. En las capas altas de la
atmósfera el vapor de agua de las nubes se condensa, es decir, el agua se
vuelve líquida, formando pequeñas gotas, las cuales, al juntarse, caen en forma
de lluvia; si la lluvia pasa a través del aire muy frío en la atmósfera, se
congela y se convierte en granizo, nieve o escarcha.
Al calentar un
sólido, líquido o gas aumenta la velocidad de sus moléculas y los espacios
intermoleculares se hacen mayores de ahí que un sólido se transforme en líquido
y un líquido en un gas.
Cambio de estado de la materia. Se
les llama así a las transformaciones que ocurren de un estado a otro de la
materia, generalmente son cambios físicos que ocurren sin alterar la estructura
molecular de la materia, es decir sin que se transformen en otras sustancias.
-Fusión: Cuando un
sólido absorbe calor y se transforma en un líquido, ejemplo: transformación del
hielo en agua, fusión de hierro.
-Evaporación: Cuando un
líquido absorbe calor y pasa a gas, ejemplo: vaporización del agua.
-Condensación: Es cuando el
gas pierde calor y se transforma en líquido, ejemplo: condensación de vapor de
agua en las nubes para producir lluvia.
-Licuefacción: Paso del gas o
líquido mediante la aplicación de presión, ejemplo: se usa en las industrias.
-Solidificación: Es cuando un
líquido pasa a sólido por la pérdida de calor, ejemplo: Formación de hielo.
-Sublimación: Se presenta
cuando por absorción de calor un sólido para al estado gaseoso directamente sin
pasar por el líquido, ejemplo: fabricación de foam.
-Deposición: Es el proceso
inverso a la sublimación, es cuando una sustancia en estado gaseoso solidifica,
sin pasar aparentemente por el estado líquido, ejemplo: fabricación de
naftalina.
Además
de los cambios mencionados, dentro de los cambios físicos tenemos, cambios de
posición, tamaño y forma.
B. CAMBIO QUÍMICO:
Cambios químicos son aquellos en los cuales la sustancia pierde sus propiedades originales
que la identificaban y originan nuevas
sustancias, con características distintas.
Todas las reacciones químicas son cambios químicos.
Por lo tanto, en un cambio químico se modifica la composición. Las reacciones químicas representan en la
práctica la interacción de muchas moléculas que se encuentran muy juntas y que
sufren choques continuos entre sí.
Son ejemplos de cambios químicos: la oxidación, la
reducción, la fermentación, la digestión, la respiración y la descomposición de
la materia orgánica. Por ejemplo, el
hierro, al mezclar se con el oxígeno, se oxida y se produce óxido de hierro. Esa sustancia, producto de un cambio químico,
tiene propiedades diferentes a las de los elementos que le dieron origen.
Durante un cambio químico puede producirse un gas,
liberarse energía calorífica (el recipiente se calienta), puede ocurrir un
cambio de color o aparecer una sustancia insoluble. En la electrólisis del agua líquida se
producen dos gases: el hidrógeno y el oxígeno, muy diferentes al agua
líquida. El cloro gaseoso, reacciona en
forma violenta con el sodio metálico para producir el cloruro de sodio, la sal
de mesa común.
C. ALGUNOS PROCESOS SIMPLES Y COMPLEJOS DONDE OCURREN CAMBIOS QUÍMICOS Y FISICOS:
1. Combustión: La reacción
química en la cual el oxígeno se combina con cualquier elemento se llama
oxidación. Ordinariamente, las
reacciones lentas, como el enmohecimiento del hierro, en las que se genera poco
calor sin aumento apreciable de temperatura, se llaman oxidación. Otro ejemplo de oxidación es la respiración y
la putrefacción de la madera.
Combustión es la oxidación rápida de ciertas
sustancias mediante calentamiento con desprendimiento apreciable de luz y
calor. En el fenómeno de la combustión,
la sustancia que arde o se quema, con llama o sin ella, se denomina
combustible, y el oxígeno es la sustancia oxidante y responsable de la
combustión.
2. Fundición de metales:
a. Aleación es cuando se funden diferentes metales para producir una sustancia
metálica nueva. Las aleaciones de dos o
más metales generalmente, tienen las propiedades físicas diferentes a sus
componentes originales. Hay aleaciones
de cobre y estaño (bronce) y el acero es una aleación de hierro y carbono. Las aleaciones se dividen en dos grupos: las
que contienen al hierro como metal elemental y las aleaciones no ferrosas que
contienen metales diferentes al hierro, como cobre, aluminio o titanio.
La aleación de cobre y zinc se llama latón. El acero inoxidable es una aleación de
hierro, cromo, níquel y carbono, el cual resiste la corrosión. Las aleaciones de titanio se utilizan en el
espacio aéreo y en la navegación aérea.
3. Fenómenos biológicos:
a.
Fermentación: Es la transformación química de una sustancia
orgánica, llamada materia fermentable producida por la acción de otra sustancia
orgánica llamada fermento (levadura, bacterias, etc.). Es el proceso químico en el que células vivas
degradan azúcares en la ausencia de aire para producir parte o toda la energía
necesaria por un organismo. En la fermentación, las moléculas de azúcar se
transforman en alcohol y ácido láctico.
La cerveza, el vino, y procesos chinos y otros procesos comerciales requieren
la fermentación de cierta clase de levadura, bacterias y mohos.
El paso principal de la fermentación incluye la
degradación de un azúcar, como la glucosa, a ácido pirúvico. Esta transformación necesita la acción de por
lo menos una docena de enzimas.
Posteriormente, este ácido pirúvico se degrada, en la presencia de
oxígeno, se libera gran cantidad de energía, y se forma alcohol y ácido
láctico.
b.
Fotosíntesis: Es el proceso biológico en el cual la energía solar se
absorbe y es usada para la formación de compuestos orgánicos. Este proceso
provee la energía necesaria para que todo organismo viviente pueda
sobrevivir. Posteriormente que penetra
la energía solar a los cloroplastos de la planta, el oxígeno del agua se separa
formando moléculas de oxígeno. Aumenta
de esta forma, la cantidad de oxígeno en la atmósfera, el cual es utilizado en
la respiración de los seres vivos o para quemar sustancias. Este ciclo de reacciones se puede representar
de la siguiente forma:
Respiración:
Compuestos orgánicos + oxígeno
® dióxido de carbono + agua
Fotosíntesis:
Dióxido de carbono + agua ® compuestos orgánicos + oxígeno
Así, la fotosíntesis es lo opuesto a la respiración.
c.
Digestión: La digestión es parte del metabolismo en que los
alimentos se transforman en sustancias más simples. Las grasas y los carbohidratos forman
moléculas más pequeñas de ácidos grasos
glicerol y azúcares simples, los
cuales se usan para la producción inmediata de energía. El exceso de ácidos grasos se puede almacenar
en células especiales. El exceso de azúcares se convierte en ácidos grasos y se
almacena como grasa o forma moléculas de glicógeno. Las proteínas se degradan a aminoácidos, los
cuales, si no se usan para fabricar una nueva proteína, se puede transformar en
derivados de ácidos grasos o azúcares.
d.
Respiración: Es el proceso de obtener oxígeno y de eliminar
desechos y dióxido de carbono al ambiente.
La sangre transporta el oxígeno por medio de la hemoglobina y saca y
transporta el dióxido de carbono hacia el exterior. En la inspiración se toma el oxígeno y en la
espiración se elimina el dióxido de carbono y vapor de agua. Hay que tener en cuenta que tanto las plantas
como los animales respiran. Las plantas
cuando no hay luz solar no realizan la fotosíntesis y entonces respiran.
4. Biogás y abonos naturales: Cuando las plantas y los desechos de
animales se descomponen se produce metano y dióxido de carbono, mezcla que se
conoce como biogás. Sustancias que
pueden ser utilizadas para producir electricidad. Para esto, se edifican construcciones
especiales en las que en el fondo se colocan los desperdicios vegetales y
excremento de vacas, gallinas. Pasado los días, esto se descompone y se
producen estos gases, en los que por aditamentos especiales se recogen y
posteriormente se utilizan para producir electricidad.
a.
Reciclaje: Utilizar los
desechos residuales de los procesos industriales y agrícolas es otra técnica de
reciclado. Por ejemplo, estos desechos
se incineran y esta ceniza puede ser utilizada para hacer concreto; los
desechos orgánicos pueden ser utilizados como abonos; los desechos que son
combustibles se pueden quemar y producir vapor o electricidad. Los materiales de desechos de las industrias
pueden también reusarse en la manufactura de nuevos productos. El recoger y reformar el papel, vidrio y metales
son ejemplos de reciclaje
Del 70% al 80% de los residuos sólidos comerciales y
residenciales son combustibles, los cuales después de incinerarse y pasar por
una serie de procesos y por una turbina pueden ser utilizados para generar
electricidad.
La tecnología del reciclaje y la incineración podrán
indudablemente mejorar en un futuro, un método más apropiado y lograr reducir
la cantidad de materiales desechados.
En Benamej,
España (2000), la producción de aceite de oliva dejaba un residuo de aproximadamente
de 5.5 millones de toneladas de pulpa y piel maceradas de aceitunas. Hace aproximadamente tres años esta aldea, ha
entregado este residuo a una planta de energía, especialmente diseñada donde lo
queman para generar electricidad y así reducir la dependencia de España del
petróleo crudo producido por los países sauditas, no se agotan los recursos
naturales y reduce el problema de los desperdicios industriales.
Como en España,
además del aceite de oliva, el vino es uno de los productos más conocidos,
están decidiendo si en un plazo de dos años construyen una planta generadora
alimentada por los desperdicios de la elaboración del vino.
Recomendación: Visite lo siguiente
http://www.slideshare.net/FulviaIsabel/la-materia-49665884
Otra bibliografía:
http://www.slideshare.net/FulviaIsabel/la-materia-49665884
Otra bibliografía:
Apuntes anteriores de
la profesora.
Navas, María del
Socorro: Química un Enfoque Práctico, 10
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