Conceptos Fundamentales de la Materia y la Energía en Química y Física

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Conceptos Fundamentales de la Materia y la Energía

Propiedades Básicas

  • Materia: Todo aquello que ocupa un espacio y tiene masa.
  • Energía: Capacidad de realizar un trabajo o de producir cambios en la materia.

Estados de Agregación de la Materia

Los estados de agregación de la materia describen cómo la energía afecta la disposición de las partículas.

  • Sólido:
    • La energía potencial es mayor que la cinética.
    • Posee forma definida y volumen definido.
    • Presenta alta cohesión entre sus partículas.
  • Líquido:
    • La energía cinética es aproximadamente igual a la energía potencial.
    • Las moléculas se deslizan unas sobre otras.
    • No tienen forma definida, pero sí volumen definido.
    • Presentan tensión superficial y la cohesión de las moléculas es mayor en la superficie.
  • Gaseoso:
    • La energía cinética es mayor que la energía potencial.
    • Las colisiones entre partículas son elásticas (sin pérdida de energía por deformación).
    • No hay cohesión significativa entre partículas.
    • Su volumen depende de la temperatura y presión del recipiente que las contiene.
  • Plasma:
    • Gas altamente ionizado y muy caliente.
    • Se forma a temperaturas extremadamente altas (ej. 10,000 - 1,000,000 °C).
    • Sus átomos se rompen en iones positivos y electrones libres, generando campos eléctricos.
    • Es un estado de la materia muy energético y difícil de contener.

Propiedades de la Materia: Extensivas e Intensivas

Propiedades Extensivas

Son aquellas que dependen de la cantidad de materia presente.

  • Masa: Cantidad de materia que posee un cuerpo.
  • Inercia: Propiedad de la materia de mantener su estado de reposo o movimiento uniforme.
  • Peso: Fuerza con la que la gravedad atrae a un cuerpo.
  • Impenetrabilidad: Dos cuerpos no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo.
  • Volumen: Espacio ocupado por un cuerpo.
  • Divisibilidad: Propiedad de la materia de poder ser dividida en partes más pequeñas.
  • Elasticidad: Capacidad de un cuerpo para cambiar de forma bajo la acción de una fuerza y recuperar su forma original al cesar la fuerza.

Propiedades Intensivas

Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia presente.

  • Punto de Ebullición: Temperatura a la que un cuerpo cambia de estado líquido a gaseoso.
  • Punto de Fusión: Temperatura a la que un cuerpo cambia de estado sólido a líquido.
  • Densidad: Cantidad de masa contenida en un determinado volumen.
  • Calor Específico: Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado Celsius.

Estructura Atómica y Partículas

  • Número Atómico (Z): Número de protones en el núcleo de un átomo, que distingue a un elemento de los demás.
  • Número Másico (A): Suma de protones y neutrones en el núcleo de un átomo.
  • Masa Atómica: Peso promedio de los átomos de un elemento, considerando sus isótopos.
  • Electrones de Valencia: Electrones ubicados en la última capa de energía de un átomo, que determinan su capacidad para establecer enlaces con otros átomos.

Teoría Cinético-Molecular

Propuesta por Clausius en 1857, esta teoría describe el comportamiento de las partículas de la materia. Aunque inicialmente se aplicó principalmente a gases, sus principios fundamentales son aplicables a todos los estados de la materia.

  1. Toda la materia está formada por partículas muy pequeñas e invisibles.
  2. Las partículas están en constante movimiento caótico. Solo en el plasma se observa una pérdida significativa de energía debido a ionización.
  3. El movimiento de las partículas está condicionado por fuerzas centrífugas y centrípetas. Existe un gran espacio vacío entre ellas.

Cambios de Estado de la Materia

  • Fusión: De Sólido a Líquido.
  • Evaporación / Ebullición: De Líquido a Gas.
  • Deposición (o Sublimación Inversa): De Gas a Sólido.
  • Sublimación: De Sólido a Gas.
  • Condensación / Licuefacción: De Gas a Líquido.
  • Solidificación / Congelación: De Líquido a Sólido.

Tipos de Cambios en la Materia

  • Cambio Físico: Solo altera la forma, posición o tamaño de una sustancia, sin modificar su composición química.
  • Cambio Químico: Las sustancias originales pierden sus propiedades y se transforman en otras con propiedades diferentes. Ejemplo: H₂ + O₂ en presencia de energía produce H₂O (reacción química).
  • Cambio Nuclear: Los núcleos atómicos se desintegran o se transforman. La emisión de rayos X puede ser resultado de procesos nucleares o electrónicos, pero la desintegración atómica es más característica de la radiactividad.

Radiactividad y Partículas Radiactivas

  • Radiactividad: Fenómeno descubierto por Marie Curie, que consiste en la emisión de energía y partículas por parte de núcleos atómicos inestables.
  • Henri Becquerel: Descubrió la radiactividad al observar el velado de placas fotográficas.
  • Número Másico (A): Representa la cantidad total de protones y neutrones en el núcleo.
  • Número Atómico (Z): Representa la cantidad de protones en el núcleo (y electrones en un átomo neutro).
  • Partículas Alfa (α): Núcleos de helio (₂⁴He) que se emiten en la desintegración radiactiva, consistiendo en 2 protones y 2 neutrones.
  • Partículas Beta (β): Electrones o positrones que se emiten cuando un neutrón se convierte en un protón (β⁻) o un protón en un neutrón (β⁺) dentro del núcleo.

Tipos de Energía

  • Energía Potencial: Energía que posee un cuerpo debido a su posición en un campo de fuerza (gravitatorio, eléctrico, etc.) o a su estado (elástico).
  • Energía Cinética: Energía que posee un cuerpo debido a su movimiento.

Estructura de un Informe de Laboratorio

Los elementos clave para un informe de laboratorio son:

  1. Título
  2. Objetivo
  3. Marco Teórico
  4. Hipótesis
  5. Materiales
  6. Métodos
  7. Resultados
  8. Conclusión

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