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.
- Toda la materia está formada por partículas muy pequeñas e invisibles.
- Las partículas están en constante movimiento caótico. Solo en el plasma se observa una pérdida significativa de energía debido a ionización.
- 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:
- Título
- Objetivo
- Marco Teórico
- Hipótesis
- Materiales
- Métodos
- Resultados
- Conclusión