TEMA 2

LOS SISTEMAS MATERIALES

Las propiedades de los sistemas materiales pueden ser:

-Propiedades generales de todos los sistemas como la masa y el volumen

-Propiedades específicas que dependen de la clase de sustancia de la que están hechos como el color, brillo, dureza, densidad, etc.

• Materia es todo lo que ocupa un espacio y tiene masa

• Sustancia es un tipo concreto de materia

• Sistema material es una porción de material que se considera de forma aislada para su estudio

MASA Y VOLUMEN

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La unidad de masa es el kilogramo. El volumen nos indica la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo la unidad del volumen es el metro cúbico. Se puede medir el volumen de líquidos y sólidos mediante una probeta graduada u otros recipientes aforados. La masa y el volumen son propiedades generales de los sistemas materiales y por tanto no permiten identificar un tipo de sustancia concreta

LA DENSIDAD DE LOS CUERPOS

La densidad de un material se define como la masa que corresponde a un volumen unidad de dicho cuerpo. D=m/v

ESTADO DE AGREGACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES

Los sistemas materiales pueden presentarse en tres estados: sólido, líquidos y gas.

• Sólidos: Tienen volumen fijo, forma fija, no se comprimen, no fluyen por si mismos, se llaman cristales si sus particulas estan ordenadas y si no amorfos

• Liquidos: Tienen volumen fijo, no tienen forma fija, son poco compresibles, difunden o fluyen por si mismos se denominan fluidos

• Gas: Ocupan todo el volumen del recipiente que los contienen, No tienen forma fija, son fácilmente compresibles y se difunden y tienden a mezclarse con otros gases

CAMBIOS DE ESTADO

Variando la temperatura o la presión se puede modificar el valor de dichas fuerzas; las sustancias pasan de un estado de agregación a otro mediante un proceso llamado cambio de estado. Los cambios de estado se pueden esquematizar mediante:

• Liquido Sólido-Solidificación

• LiquidoGas-Vaporización

• SólidoLíquido-Fusión

• SólidoGas-Sublimación

• GasLíquido-Condensación

• GasSólido-Sublimación Regresiva

LAS TEMPERATURAS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN

La temperatura a la que funde una sustancia, a presión atmosférica se denomina temperatura de fusión y es igual a su temperatura de solidificación. La temperatura a la que hierve una sustancia, a presión atmosférica, se denomina temperatura de ebullición y es igual a su temperatura de condensación. Mientras duran los cambios de estado, la temperatura de las sustancias se mantiene constante absorbiendo o desprendiendo energía como calor.

-Por ejemplo con el agua para convertir 1 g de hielo a 0ºC en agua, es necesario comunicar energia. Esta energía se denomina calor latente de fusión del agua

-Para convertir 1 g de agua a 100ºC en vapor, tambien a 100º es necesario comunicar energia. Esta energía se denomina calor latente de vaporización del agua. Cada sustancia tiene sus propios colores latentes de fusión y vaporización.

EL MODELO CINÉTICO

El físico alemán Clausius desarrollo un modelo que pretendía explicar la naturaleza de la materia y reproducir su comportamiento. Se conoce como teoría cinético-molecular, o simplemente teoría cinética y fue desarrollada inicialmente para los gases. Puede resumirse en que: Todos los gases estan formados por un número de partículas, tan pequeñas que no se pueden ver ni con el microscopio, Estas partículas estan en continuo movimiento caótico: chocan entre sí y contra las paredes del recipiente que contiene el gas y no pierden energía, el movimiento queda determinado por 2 tipos de fuerzas: unas actrativas o de cohesión, entre molécula no hay nada solo espacio vacío. El modelo es aplicable a sólidos y a líquidos y sólidos con una simple adptación a las características de cada estado.

-Sólidos las particulas estan muy juntas aunque hay algunos huecos

-Líquidos Las partículas se mantienen a distancias similares que en los sólidos

-Gases Las particulas se mantienen muy alejadas unas de otras

LA TEMPERATURA, LA PRESIÓN Y LOS CAMBIOS DE ESTADO: INTERPRETACIÓN CINÉTICA

Teoría cinética y temperatura

Ec=1/2m.v 2

La energía cinética media de las particulas de un gas es proporcional a su temperatura. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la energía media de sus partículas. A igual temperatura, las moléculas de cualquier gas tienen la misma energía cinética.

Teoría cinética y presión

La presión que ejerce un gas es consecuencia de los choques de sus partículas contra las paredes del recipiente que lo contiene. Si disminuye el volumen ocupado por un gas teniendo la temperatura constante, las partículas disponen de menos espacio para moverse y choca con mayor frecuencia sobre las paredes como consecuencia aumenta la presión en el recipiente. Al contrario, si aumenta el volumen del recipiente manteniendo la temperatura constante disminuye la presión. Cuando se aumenta la temperatura del gas contenido en un recipiente, manteniendo constante el volumen, sus particulas aumentan su energía cinética media y chocan con mas intensidad con las paredes del recipiente por lo que la presión aumenta.

Los cambios de estado según la teoría cinética

La relación entre la temperatura y energía cinética media en los gases se puede extender también a sólidos y líquidos

a)Efectos de Temperatura. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la energía de vibración de las partículas del sólido y la estructura pierde fortaleza y rigidez. Mayor temperaturaMayor energía cinéticamayor movilidad

b)Efecto de la presión. El aumento de la presión sobre un sistema material favorece el acercamiento entre sus partículas, independientemente de su estado de agregación.

-Mayor presión mayor facilidad de licuación, solidificación y sublimación regresiva

-Menor presión mayor facilidad de fusión, vaporización y sublimación

OTRAS PROPIEDADES DE SISTEMAS MATERIALES

Propiedades comunes a los 3 estados de agregación

-La conductividad. Es la capacidad de los materiales para transmitir la electricidad y el calor.

-La dilatación. Es el aumento de volumen que experimenta un sistema material al aumentar la temperatura

Propiedades peculiares de los estados de agregación

Sólidos La tenacidad es la resistencia que opone un sólido a ser roto, molido, doblado, etc. Y la dureza es la resistencia de un sólido a ser rayado

LíquidosLa viscosidad es la dificultad que muestra un liquido para fluir la tensión superficial hace que las superficies de los líquidos se comporten como láminas elásticas.

Gases La difusión es el proceso por el cual las partículas de cada uno de los gases mezclados en un recipiente se desplazan hasta ocupar todo el espacio disponible

TEMA 3

MEZCLAS, DISOLUCIONES Y SUSTANCIAS PURAS

SISTEMAS MATERIALES HOMOGÉNEOS Y HETEROGÉNEOS

Un sistema material puede estar constituido por una o por muchas sustancias. Los sistemas materiales se clasifican en homogéneos y heterogéneos: los sistemas materiales homogéneos son los que tienen igual composición y propiedades en cualquier porción o muestra de los mismos y los heterogéneos son los que presentan distinta composición y distintas propiedades en las diferentes partes del sistema. Algunos sistemas materiales presentan a simple vista un aspecto uniforme en toda su masa. Si se miran al microscopio aparecen discontinuidades en su materia. Los componentes de un sistema homogéneo no pueden distinguirse ni con el microscopio y lo heterogéneos si.

SEPARACIÓN DE COMPONENTES CON DISTINTA DENSIDAD

Las mezclas heterogéneas están formadas por sustancias de distinta composición y propiedades. Esas diferencias se utilizan en su separación

Separaciones de componentes con distinta densidad

-Sedimentación es la separación, por la acción de la gravedad de los componentes de una mezcla con distinta densidad una vez producida se decanta uno de los componentes

-Centrifugación Se emplea para conseguir sedimentaciones más rápidas y perfectas. Se realiza haciendo girar la mezcla hasta las altas revoluciones

-Filtración Permite separar los componentes de una mezcla heterogénea de sólido y líquido haciéndolos atravesar un filtro.

SISTEMAS MATERIALES HOMOGÉNEOS DISOLUCIONES PURAS Y SUSTANCIAS PURAS

Disoluciones Un sistema material homogéneo constituido por la mezcla de dos o más componentes se denomina disolución. Al subdividir estos sistemas se obtienen muestras con idéntica proporción y propiedades. Se llama disolvente al componente mayoritario en la disolución y soluto al componente minoritario.

Sustancias puras Un sistema material homogéneo constituido por un solo componente se denomina sustancia pura. Pueden ser sólidos, líquidos o gases.

DISOLUCIONES

La teoría cinético-molécula aplicada a las disoluciones

Cuando se forma una disolución se producen diversos reajustes entre las partículas de los componentes. El proceso es similar para las disoluciones de gases en líquidos y líquidos en líquidos, solo que en estos tipos de disoluciones no hay que romper ninguna red sólida. Se consideran disoluciones verdaderas aquellas en las que el tamaño de las partículas de soluto es <10-9m. Este tamaño es tan pequeño que pueden atravesar los poros de cualquier filtro.

Disoluciones diluidas, concentradas y saturadas

Cuando la cantidad de soluto disuelto es pequeña, el proceso de disolución es sencillo y rápido. Decimos que se trata de una disolución diluida. Si seguimos añadiendo soluto vamos concentrando la disolución, y por eso se llama disolución concentrada a aquella que tiene una alta proporción de soluto disuelto. Si la disolución no admite más soluto se dice que esta saturada.

SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN.

a)Separación de sólidos disueltos en líquidos Para separar los componentes se provoca la evaporización, a temperatura ambiente o forzada, de la disolución. Por ejemplo la disolución de sal común

b)Separación de líquidos disueltos entre sí Para separar componentes que tengan diferentes puntos de ebullición, se destila la disolución. El vino tinto es fácil de destilar.

c)Separación de una mezcla de gases En el caso del aire se realiza mediante un proceso en dos etapas

a)Licuación. Se comprime el aire hasta altas presiones y se deja expansionar brusamente, con lo que el aire licua

b)Destilación. Después se eleva la temperatura de forma gradual. Se evapora primero el nitrógeno y luego el oxígeno. Se llama destilación fracionada porque permite obtener ambas sustancias por separado

CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN

La concentración de una disolución expresada de forma numérica la proporción de soluto en una determinada cantidad de disolución. Estas proporciones se expresan de diversas formas.

a)Gramos por litro de disolución Expresa los gramos de soluto contenidos en cada litro de disolución C=GRAMOS DE SOLUTO/VOLUMEN DE DISOLUCIÓN EN LITROS

b)Tanto por ciento en peso Expresa el número de gramos de soluto contenidos en 100g de disolución %PESO=MASA DE SOLUTO/MASA DE DISOLUCIÓN.100= MASA DE SOLUTO/MASA DE SOLUTO + MASA DISOLVENTE.100

Las distintas formas de expresar la concentración expresan una proporción, pero no informán sobre la cantidad total de disolución

SOLUBILIDAD

Una disolución está saturada cuando no admite más soluto, a no ser que se añada más disolvente o se modifique la temperatura. Solubilidad de un soluto es un disolvente es la concentración de su disolución saturada. La influencia de la temperatura en la solubilidad de una sustancia queda reflejada en las llamadas curvas de solubilidad.

RECONOCIMIENTO DE SUSTANCIAS PURAS

Propiedades características

La densidad es una propiedad característica de la materia, pero en general su conocimiento no permite predecir si una sustancia es pura o no.

La temperatura de ebullición si es una propiedad característica de las sustancias puras. Las sustancias puras mantienen las mismas propiedades caracteristicas en cualquier porción.

SUSTANCIAS PURAS: ELEMENTOS Y COMPUESTOS

La palabra elemento se denomina a las sustancias primarias de las cuales se suponía que se componían todas las cosas. Una sustancia pura que mediante transformaciones puede ser vertida en otras sustancias más simples se denomina compuesto, una sustanca pura que no puede descomponerse en otras más simples se denomina elemento. La unión de dos o más elementos para formar un compuesto es un proceso totalmnente distinto al de la mezcla y da lugar a nuevas sustancias puras de propiedades enteramente diferentes.

SEPARACIÓN DE LOS COMPONENTES DE UN COMPUESTO

Para separar los componentes de un compuesto se utilizaba básicamente dos técnicas de trabajo.

a)Descomposición térmica Muchos compuestos se descomponen mediante calor. Por ejemplo la malaquita.

b)Descomposición por electrólisis Se llama electrólisis a la descomposición de una sustancia por la acción de una corriente eléctrica continua. Una descomposición por electrólisis fácil de realizar es la del agua.

Un compuesto no es una mezcla

Los componentes de una mezcla pueden mezclarse en cualquier proporción y mantienen sus propiedades características, Los constituyentes de un compuesto entran siempre en la misma proporción y la sustancia final tiene distintas propiedades. Los compuestos sos sustancias puras que se descomponen en otras más simples, mediantes técnicas como el calentamiento o el paso por ellos de la corriente electrica.

ELEMENTOS QUÍMICOS

La sustancias que no pueden ya descomponerse en otras más simples se llaman elementos. Se conocen varios millones de compuestos constituidos por unos 100 elementos. Cada día se sintetizan nuevos compuestos.

TEMA 4

LOS ÁTOMOS SU COMPLEJIDAD

LA EXISTENCIA DE LOS ÁTOMOS

Hay otros muchos fenómenos en la vida cotidiana que inducen a pensar que la materia está compuesta por partículas: al añadir una gota de tinta o de colorante a un recipiente con agua la mancha se expande hasta ocupar todo el recipiente, si se añade una pizca de sal o de azúcar a un vaso con agua al poco tiempo el agua adquiere sabor salado o dulce al destapar un frasco de perfume, el olor se extiende rápidamente por toda la habitación. Las partículas constituyentes de la materia son lo átomos o agrupaciones de algunos de ellos. Los átomos no pueden verse a simple vista, sin embargo en la actualidad los potentes microscopio permiten ver los átomos de muchas sustancias químicas.

COMO SON LOS ÁTOMOS

Modelo atómico de Dalton

La primera teoría atómica de la materia con carácter científico fue puesta por el Britanico John Dalton su teoria resume varias ideas fundamentales: la materia esta constituida por átomos, los átomos son indivisibles y no se modifican en las reacciones químicas, todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales, Los átomos de elementos químicos diferentes son diferentes, los compuestos están formados por la unión de átomos de distintos elementos. La teoria atómica de Dalton explica adecuadamente los aspectos de relaciones entre pesos en las reacciones químicas

Naturaleza eléctrica de la materia

Muchos fenómenos muestran la relación entre la constitución de la materia y de la electricidad. Algunos cuerpos adquieren carga eléctrica cuando son frotados con otros, determinados compuestos químico se descomponen mediante la electrólisis en sus elementos constituyentes y se producen partículas con carga électrica cuando se aplica un elevado potencial eléctrico a un gas encerrado en un recipiente a baja presión. El fisico Joseph John Thomson demostró que las experiencias de descargas en gases producían partículas con carga eléctrica negativa que eran idénticas para cualquier gas. Thomson denominó a estas partículas electrones y concluyó que el electrón era un constituyente fundamental del átomo. El descubrimiento del electrón indicaba que el átomo no es indivisible y que está constituido por partículas subatómicas algunas con carga eléctrica.

El experimento de Rutherford

El científico inglés Rutherford lanzó partículas alfa, que tienen carga positiva, como proyectiles sobre una lámina muy delgada de oro. Observó que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse pero algunas se desviaban en direcciones diferentes. Para explicar estos hechos propuso que la mayor parte de la masa del átomo estaba concentrada en una parte muy pequeña del mismo y el resto estaba prácticamente vacío.

Modelo atómico nuclear

En el modelo atómico nuclear el átomo se compone de un núcleo y corteza.

-El núcleo es muy pequeño en comparación con el volumen del átomo y concentra casi toda la masa del mismo. Consta de dos tipos de partículas: los protones con carga positiva y los neutrones eléctricamente neutros. El núcleo tiene carga positiva. La masa del neutrón es ligeramente superior a la del protón.

-En la corteza están los electrones moviéndose en torno al núcleo. La carga del electrón es igual a la del protón pero de signo contrario.

ÁtomoNúcleo protones( carga positiva), Neutrones( sin carga eléctrica) y la corteza electrones con carga negativa.

NÚMERO ATÓMICO. ISÓTOPOS. MASA ATÓMICA

Número atómico: Es el número de protones que tiene un átomo. Cada elemento está caracterizado por su número atómico. Número atómico (z)=número de protones=número de electrones.

Número de masa: El número de masa de un átomo es el número de partículas que hay en su núcleo, la suma de número de protones (z) y el número de neutrones(n) del átomo. Número de masa(A)= número de protones(z) + número de neutrones(n)

Isótopos: Se denomina isótopos los atómos que tienen el mismo número atómico, pero distinto número másico; es decir, tienen el mismo número de protones, pero distinta número de neutrones. Dos átomos isótopo pertenecen al mismo elemento xq tienen el mismo número atómicos; se distinguen por el número másico.

Masa atómica: de un elemento es la masa de uno de sus átomos medida en unidades de masa atómica (u) Si un elemento tiene varios isótopos, se toma como valor de su masa atómica el valor promedio de las masas de los isótopos teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de ellos.

LA CORTEZA ATÓMICA

En la corteza se encuentran los electrones moviéndose alrededor del núcleo atómico. Los electrones se distribuyen en la corteza en capas o niveles. En cada capa pueden situarse un número máximo de electrones:

-2 electrones en la 1º

-8 electrones en la segunda

-18 electrones en la 3º

-32 en la 4º

-En la capa o nivel n pueden situarse 2n2 electrones.

Los electrones situados en la última capa se denominan valencias. Por ejemplo el hidrogeno tiene uno el y el calcio 2

IONES

Son átomos que han perdido o ganado un electrón en su corteza electrónica. Si un átomo neutro pierde electrones, queda con un exceso de carga positiva y se transforma en un ión positivo o catión; por ejemplo si el sodio pierde un electrón se transforma en ión positivo Na+ en cambio si el calcio pierde dos electrones se transforma en Ca2+. Si un átomo neutro gana electrones, adquiere un exceso de carga negativa y se transforma en un ión negativo o anión. Si el átomo de cloro toma un electrón CL- si el oxigeno gana dos se convierte en O2-

ORDENACIÓN DE LOS ELEMENTOS

La tabla periódica de Mendeliev

El químico ruso Mendeleiev y Meyer propusieron ordenar los elementos según valores crecientes de su masa atómica. Si se disponían los elementos ordenados en una tabla de filas y columna los elementos de cada columna tenían propiedades semejantes.

El sistema periódico

El científico inglés Moseley propuso ordenar los elementos químicos según valores crecientes de su número atómico es decir su número de protones. El sistema peródico de los elementos consta de periodos y de columnas denominadas grupos. Actualmente.

Sistema periódico y configuración electrónica.

Los elementos de un mismo grupo tienen los mismos electrones de valencia. Las propiedades químicas de un elemento están relacionadas con el número de electrones de valencia; por ello los elementos de un mismo grupo del sistema periódico tienen propiedades químicas similares.

FiNis!!!