TEMA 2: DIVERSIDAD Y ESTRUCTURA DE LA MATERIA

                TEMA 2: DIVERSIDAD Y ESTRUCTURA DE LA MATERIA


  La física moderna, estudia los átomos, que es la parte mas pequeña en la que se puede dividir la materia conservando sus propiedades de materia. Los átomos están formados por moléculas, y la mayoría de la materia se compone de moléculas que son átomos enlazados. Ej: H₂O=Agua, CO₂= Dióxido de carbono.
Los átomos radiactivos son inestables, los gases nobles son estables como el Helio. Los átomos radiactivos son inestables y les gustaría ser otra sustancia, como el uranio que se quiere convertir en plomo, la bomba atómica como se produce es que el uranio se convierta en plomo en un segundo, y toda esa fuerza provoca la explosión, la radiactividad que es perjudicial para los seres humanos, y una explosión controlada sirve para crear energía eléctrica. En la radiactividad hay una cosa buena para la medicina, el PET (Topografía por emisiones de positrones) que sirve para encontrar posibles enfermedades por muy pequeñas que sean.


*SISTEMAS MATERIALES: PROPIEDADES

   Todo el Universo está formado de materia (la parte de la materia que se estudia en un sistema material). La materia es una pequeña parte que constituye el Universo y los sistemas materiales están formados de sustancias.
   Materia es todo lo que se puede medir con un aparato y medir es comparar una magnitud con una unidad semejante. Todas las sustancias tienen unas propiedades generales:
- La masa (cantidad de materia): Se mide en kilogramos (Kg) y es la unidad que se mide en el Sistema Internacional, se comprueba con una balanza, el peso es la fuerza de la gravedad que atrae el objeto a la Tierra y la gravedad de mide en Newton (Nw).
-El volumen (el lugar que ocupa un objeto en el espacio): Se mide en metros cúbicos (m³) la unidad estipulada en el Sistema Internacional y se calcula dependiendo de si el objeto es sólido, líquido o gaseoso. Para los sólidos regulares se calcula mediante una fórmula matemática, para sólidos irregulares se calcula llenando una probeta graduada de agua introduces el objeto en la probeta y lo que suba de agua es el volumen del objeto. Para calcular el volumen de líquidos se introduce el líquido en una probeta graduada y para calcular el volumen de un gas depende de el recipiente que lo contenga podremos saber su volumen.
-La inercia: Tiende a la materia a mantener su estado cinético, es el estado de movimiento que tiene (hacer una fuerza), Ej: una pelota su movimiento cinético es rodar sobre sí misma al darle un empujón ella rodará hasta que esa fuerza se acabe.

EJERCICIO: Calcula el volumen de una pelota de tenis de 4cm.



V= 3/4x π x r2
 V= 3/4 x 3´14 x (2 cm)
 V=  33´48 x 10⁻⁶ m³






                                                     
Sustancias:  Propiedades generales (masa y volumen) Kg y m³ . Propiedades sustancias en general.
                     Propiedades específicas ( densidad ) Kg/ m³ . Propiedades especificas de las sustancias.

   Las sustancias también tienen propiedades específicas, que son propiedades que cada sustancia y una de ellas es la densidad. Ej: El agua tiene una densidad de 1´3kg/ m³ mientras que el mercurio tiene una densidad de 13.600kg/ m³. Cada sustancia tiene una densidad y sirve para distinguirse entre ellas y se calcula Densidad = Masa/Volumen=Kg/ m³, psra calcular la Masa = DxV, para calcular el Volumen= D/M, para calcular la densidad de sólidos y líquidos se utiliza un densímetro. Normalmente se mide en gr/cm³, 1dm³= 1 Litro. Otra propiedad específica es el punto de fusión y ebullición, una sustancia hierve a una temperatura distinta a otras o se hace sólido, sirve para distinguir una sustancia de otra. Ej: el agua su punto de fusión es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC.


          


EJERCICIO DE EJEMPLO

Calcula la densidad de una pelota cuyo volumen es de 33,48 cm³ y la masa de 30g.

D=M/V= 30g/33,48cm³= 0,896g/cm³
896 kg/m³







*ESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIA

   Los estados físicos de la materia son sólido, líquido y gaseoso. Depende de la sustancia que pueda ser sólida, líquida o gaseosa (plomo sólido, agua líquida, oxígeno gas) depende también de la temperatura el agua esta líquida entre 0ºC y 100ºC, también depende de los enlaces que haya dentro de la sustancia, el agua es muy ligera como el dióxido de carbono y no esta gaseosa el agua por las moléculas que tiene (H2O) y tambien depende de la presión el agua normalmente a los 100ºC se evapora y en una olla a presión se queda líquida (a más presión más temperatura para poder hervir el agua).

  Los cambios de estado son fusión de sólido a líquido (0ºC) y de líquido a sólido solidificación, evaporación es el paso de líquido a gaseoso cualquier líquido se evapora a temperatura ambiente cuanta más temperatura y mas superficie ( ejemplo el agua de un plato se evapora antes que la de un vaso). Ebullición es el paso de líquido a vapor hirviendolo a 100ºC el agua, condensación es el paso de gas a líquido ( como el vapor de agua de la ducha se convierte en agua por el frío y el vapor caliente), las nubes y la niebla son agua líquida, sublimación es el paso de sólido a gas si pasar por líquido como las bolitas de alcanfor o el azufre de gas a sólido es una sublimación inversa como también la escarcha.



                                                   AGUA    MERCURIO   ALCOHOL
PUNTO DE FUSIÓN                  0ºC              -39ºC           -117ºC
PUNTO DE EBULLICIÓN       100ºC             357ºC             78ºC


*TEORÍA CINETICO-MOLECULAR

   Explica el comportamiento de los gases. Sé invento para los gases, los gases están formados de partículas, las partículas son átomos o moléculas (He) y sus partículas están en movimiento (se agitan) en todas direcciones y se agitan cuanto mayor sea la temperatura, son libres. Esta teoría también se puede aplicar para los sólidos y líquidos con sus pecualiaridades ( la temperatura son partículas en movimiento, las partículas se agitan hasta los -273ºC y todo tiene que ver con la temperatura). Los sólidos están formado de partículas en posición fija, unidas por fuertes enlaces. Los líquidos tendrían caracteristicas intermedias entre sólidos y gaseosos, no están en posición fija ni libre y tienes enlaces débiles.






*SUSTANCIAS PURAS, MEZCLAS Y DISOLUCIONES

   La materia está formada de átomos o moléculas de un solo tipo de partícula.Hay dos tipos de sustancias:
- Sustancias puras: Están formadas de átomos que son siempre los mismos (una única sustancia) Ej. el Helio. No se puede dividir y no se puede descomponer,otras sustancias puras están formadas por moléculas como la sal ClNa. Pero las moléculas se pueden descomponer como CaCo3. Los átomos se expresan en símbolos. Las sustancias puras pueden identificarse por sus propiedades características.

-Mezclas heterogéneas: Son aquellos sistemas materiales que está formado por varias sustancias (tipos de sustancias) Ej. el granito está formado de cuarzo, feldespato y mica. A diferencia de las sustancias puras sus propiedades varian de unas partes a otras (cambian las proporciones de las distintas sustancias). Los componentes de las mezclas heterogéneas se pueden separar: los sólidos se pueden separar mediante el cribado con una criba,manualmente o por medio de la imantación con unos imanes.Separar solidos de líquidos mediante la filtración (un colador) y decantación que se trata de separar un sólido del líquido con distinta densidad, lo dejamos reposar y se separan. Para separar un líquido de otro se utiliza un embudo de decantación los líquidos inmiscibles (líquidos que no se mezclan entre ellos como algua y aceite).

-Mezclas homogéneas: Son las sustancias aunque varíen varias sustancias diferentes indistinguibles sus propiedades son las mismas por todas partes. Las mezclas homogéneas se pueden separar por disolución (el disolvente es el agua y el soluto es la sal), mezclas solidas como el latón que es una aleación de cobre y cinc, mezcla líquida como el agua y la sal, líquidas y líquidas como el alcohol y el agua, gas y liquida como las bebidas gaseosas,gas con gas mezcla de gases (aire) son mezclas homogéneas. Para separar mezclas homogéneas se puede hacer mediante la destilación que se separan líquidos con diferentes puntos de ebullición y la cristalización que separa un sólido de un liquido, se calienta el líquido y se queda el sólido cristalizado.


*CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN

   Las disoluciones se clasifican por: diluidas, concentradas, saturadas o sobresaturadas dependiendo de la temperatura. Las diluidas son las que tiene mucha disolucion (disolvente), concentrada es la que tiene mas soluto, saturada es la máxima proporción de soluto. Ej: 100g de agua a temperatura ambiente con 3g de sal es una disolución diluida, con 30g de sal es una disolución concentrada y con 36g de sal es disolución saturada. Con la temperatura del agua mas alta, mas sal puede se puede echar (admite mas soluto), con mas de 36g de sal ya no te permite mas soluto, la disolución está sobresaturada no disuelve mas.
  Las disoluciones se pueden calcular por el % de peso= gramos de soluto(masa)/ gramos de disolucion x 100, masa del soluto/ masa de disolución x 100. Ej: 475g de agua y 25g de sal: 25/ 475+25x100= 20%
Masa de la disolución= Agua + Azúcar ; Concentración= gramos de soluto/ volumen de la disolución en L.Ej: 500ml agua y 75g de sal, pasamos ml a litros 500/1000=0,5L, Concentración= 75g/0,5l=150g/l, 75g sal / 500ml agua x 100 = 0,13x 100= 13%.



*ÁTOMOS

        Los primeros investigadores que hablaron de los átomos fueron Demócrito y Leucipo en el siglo V A.C. dijeron que los átomos era la parte más pequeña en la que se podía dividir la materia conservando sus propiedades como materia, son indivisibles no se pueden romper porque sino no habría materia.

     Hubo que esperar hasta el siglo XVIII para que la primera teoría de Dalton (1803) descubrió que la materia de un mismo elemento son iguales, que los átomos de elementos químicos diferentes son distintos entre sí, y que los átomos de los elementos se unen entre sí formando compuestos mediante una relación sencilla.

 A finales del siglo XIX y principios del XX descubren que los átomos tienen carga y que estaban formados de partículas mas pequeñas, los electrones son cargas negativas y casi sin masa, tambien descubrieron que los protones son de carga positiva y tiene mucha carga y que el átomo estaba formado de partículas subatómicas e hizo que se pudiera dividir. El modelo atómico de Thomson consistía en una esfera que contenia cargas negativas y positivas mezcladas, siendo igual el número de partículas positivas que de negativas.

*MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

  

  El experimento que cambió la forma de ver del átomo fue el que realizó Rutherford consistió en coger una lámina de de oro (Au) y bombardearla con particulas alfa (carga positiva). Las particulas que atravesaban el oro sin ningun problema esta tésis condujo a que el átomo esta prácticamente vacio. Las partículas que se desviaban pasaban cerca del núcleo y las que rebotaban o se reflejaban chocaban con el núcleo, éste estaba constituido de protones con carga positiva y que los electrones que no tienen carga, y que el átomo tiene órbitas circulares o elípticas que forman la corteza es la mayor parte del átomo que contiene los electrones.

*NUMERO ATÓMICO, NÚMERO MÁSICO Y MASA ATÓMICA

   El núcleo del átomo se caracteriza por las siguientes propiedades:

-Número atómico: Se representa con una Z= a número de protones que tiene un átomo. Éste número determina su posición en la tabla periódica de los elementos donde están recogidos todos los átomos que existen en el Universoen orden por su numero atómico. Z tambien es el número de electrones (siempre tienen el mismo numero de protones que de electrones). Los átomos son neutros al tener el mismo número de carga positiva que de negativa.

-Número másico: Es la masa del átomo y se simboliza con una A, la masa del átomo se calcula A=Z+ Nº de neutrones.

-Isótopos: Son isótopos dos átomos que tienen el número de protones y electrones iguales pero tienen diferente número másico (A). Son el mismo átomo pero al tener distinta masa se diferencian por el número de neutrones.Ej: Protio= 1 protón y 1 electrón; Deuterio= 1 protón 1 electrón y 1 netrón; Tritio 1 protón, 1 electrón y 2 neutrones. Si un átomo tiene varios isótopos su masa es la media entre todas ellas.

-Masa atómica: Es la masa del átomo, la cantidad de materia que tiene un átomo, es tan pequeña que se utiliza como unidad (u) unidad de materia que es la doceava parte de la masa del isopotopo 12 del carbono y son arbitrarias. u=1/12 masa 12C.
  

  *LA CORTEZA ATÓMICA 




 

   La corteza atómica es la parte de fuera del átomo donde se encuentran los electrones en forma de órbitas circulares o elípticas. Son capas de niveles energéticas, los electrones que caben en cada capa o nivel energético se sabe por 2 n al cuadrado siendo n el número de la capa. Ej: 1ª capa 2x(1) al cuadrado = 2, 2ª capa 2x(2) al cuadrado= 8, 3ª capa 2x(3) al cuadrado = 18. El hidrógeno tiene en la primera capa 2 electrones más no, el litio tiene 2 en la primera capa y 1 en la segunda tiene 3 electrones. Los electrones que se encuentran en la última capa se llaman "electrones de valencia" que son los que permiten formar enlaces con otros átomos. Ej: el carbono tiene en la segunda capa 4 electrones que puede unirse 4 veces con el hidrógeno CH4, el Hidrógeno tiene un electrón de valencia. Lo que todos los átomos quieren tener es completa la última capa de electrones, Ej: el Helio tiene una capa y está completa por 2 electrones no tiene ningún electrón de valencia es un gas noble. Los gases nobles tienen la máxima estabilidad no forma enlaces con ningún átomo ni consigo mismos. El Cloro tiene 7 electrones de valencia y le falta sólo 1 para completar la capa y al Sodio pierde un electrón pasando a ser un átomo negativo y el Cloro pasa a ser negativo. Los átomos con carga eléctrica (que han ganado o han perdido electrones) se llaman iones, los átomos ocn carga negativa se llaman aniones y los que tienen carga positiva se llaman catíones.


* CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS (ÁTOMOS) 

  Los elementos químicos (átomos) son sustancias puras formadas de átomos iguales. Se clasifican en una tabla periódica de los elementos por su número atómico. Los átomos se diferencian unos de otros por el número de protones y electrones (Z). En la tabla periódica nos encontramos 18 grupos ( 18 columnas) cada columna tiene átomos de el mismo número de electrones de valencia y con propiedades parecidas. En la primera columna se encuentran los elementos alcalinos, columna 17 los halógenos, columna 18 los gases nobles. Aparte de tener 18 columnas tiene 7 filas (periodos) desde los alcalinos a los gases nobles. Los elementos que se encuentran en la parte izquierda de la tabla son metales se caracterizan porque tienen brillo metálico y son buenos conductores del calor y la electricidad, en la derecha se encuentran los no metales que ni tienen brillo ni son buenos conductores.





* ENLACES QUÍMICOS 

   Todos los átomos quieren ser nobles, tienen que tener la última capa de electrones completa. Ej: El Na quiere ser Ar, el anterior o el posterior de su periodo. Como no tienen la ultima capa de electrones completa forman enlaces para completarlas y hacerse mas estables. Cuando los átomos se enlazan forman moléculas, tipos de enlace que forman un átomo dependiendo de sus electrones de valencia. Hay tres tipos de enlaces:
                                                                                                                                               

-Enlaces iónicos: Lo forman aquellos átomos que le sobran o le faltan 1 o 2 electrones para completar su última capa (el caso de los metales). Todos los metales cuando completan su última capa se vuelven positivos. A los no metales le faltan 1 o 2 electrones para completar la última capa. Cuando el cloro y el sodio lo ponemos en disolución coge el electrón que le sobra y el sodio se queda con carga positiva y el cloro con carga negativa se atraen (+ con - se juntan como los polos, un enlace químico).
   Los enlaces ionicos son típicos de los minerales, las moléculas ionicas si los dejas en paz se ordenan sólos (se cristalizan). Si le echas agua y sal y le metes calor se evapora y el agua, la sal sale amorfa se queda desordenados, queda formando una costra no una red porque no lo hemos dejado en paz. Propiedades de los componentes iónicos: las moléculas están solidas a temperatura ambiente, presentan altos puntos de fusión y ebullición, fundidos o disueltos conducen muy bien la electricidad y son solubles en el agua.


-Enlaces covalentes: Lo forman átomos que les sobran o les faltan muchos electrones para completar la última capa. Para formar un enlace ni ganan ni pierden electrones, sino que los comparten los electrones por pares. Para formar estos enlaces hace falta mucha energía para obligar a los electrones a compartirse la misma que se libera al destruirse (un árbol necesita mucha energía para formar la madera la misma que libera cuando arde). Es el enlace de los seres vivos. Propiedades de las moléculas covalentes: Son gases a temperatura ambiente, tienen bajos puntos de fusión y ebullición, no son conductores ni solubles.

 -Enlaces metálicos: Lo forman átomos que les falta o les sobra muchísimos electrones en la última capa, lo que tienen para formar un enlace muchos átomos comparten muchos electrones al mismo tiempo tienen electrones libre. Están muy lejos del núcleo y se pueden escapar fácilmente. Los electrones saltan de un átomo a otro provocando cargas eléctricas en fracciones de segundo (no son fijas sino que se intercambian continuamente son fluctuantes). Esta carga atrae unos átomos con otros formando redes metálicas por repulsión eléctrica. Propiedades de las móleculas metálicas: Son dúctiles y maleables.


*FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA


   La formulación y la nomenclatura son una serie de reglas para formular los compuestos químicos. Nomenclatura es la regla para nombrar los compuestos, composición de los compuestos químicos. Ej: H3SO4= Fórmula Ácido sulfídrico= Nomenclatura. La nomenclatura de los óxidos son cuando tienen el mismo numero se simplifica: c2o2 = Monóxido de carbono k2o= óxido de dipotasio.


*MASA MOLECULAR

    La masa molecular se calcula a la suma de las masas atómicas de los átomos. Ya que la molécula es iuna unidad constituida por varios átomos. La masa molecular se expresa con (u). Ej: H2O y CO2; buscamos en la tabla periódica la masa atómica, C= 12 u O= 16 u H= 1 u: Masa del H2O= (2x1+1x16)= 18u ; Masa del CO2= (1x12+2x16)= 44 u
   La molécula gramo o  mol es igual a la masa molecular expresada en gramos. Ej: 1 mol de agua = 18g y 1 mol de CO2= 44g