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

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