La Materia

Química. Sustancia. Átomos: símbolos. Valencia. Magnitudes. Mediciones: tipos. Errores

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LA MATERIA

La materia es la realidad primaria de la que están echas todas las cosas. La materia es el soporte de propiedades y fenómenos, que son observados por los instrumentos adecuados, o por nuestros propios sentidos.

Sustancia es toda clase de materia, con una composición química definida, caracterizada por un conjunto de propiedades que solamente ella posee y que sirven por tanto, para identificarla.

Molécula es la parte más pequeña de una sustancia y que, por tanto, conserva todas las propiedades características que esta presenta. Esta se divide en átomos, que a su vez se dividen en corteza y núcleo.

La fórmula química es la manera más sencilla de escribir la composición de una molécula.

Las sustancias pueden ser simples o compuestas. Las simples, están formadas por una sola clase de átomos, mientras que las compuestas están formadas por átomos de clase diferente.

Las sustancias también se pueden clasificar en orgánicas (antiguamente solo podía producirla un ser vivo) o inorgánicas (engloban el reino mineral y no precisan de un ser vivo para producirlas).

Los símbolos de los átomos son estos:

Hidrógeno H

Oxígeno O

Nitrógeno N

Carbono C

Azufre S

Cobre Cu

Calcio Ca

Plata Ag

Oro Au

Hierro Fe

Sodio Na

Potasio K

Cloro Cl

La valencia es la capacidad que tiene un elemento a unirse a un átomo de hidrógeno.

Cuerpo es toda porción de materia, constituida por una o varias sustancias, que se distinguen de otros por su forma y dimensiones.

Las propiedades generales de la materia son aquellas que son comunes a todos los cuerpos y a todas las sustancias. Algunas de ellas son el volumen, la cantidad de sustancia, el peso, el color, el olor, etc.

Las propiedades características de la materia, permiten distinguir una clase de materia de otra; identificando así a las distintas sustancias. Estas son la densidad, y los puntos de fusión y ebullición.

La densidad, es la razón entre la masa y el volumen. La unidad internacional de densidad es el kg/m3, aunque suele ser muy frecuente expresarla en kg/dm3 y en g/cm3. La densidad de las sustancias gaseosas es variable y depende de las condiciones de presión y temperatura en que se encuentren dentro del recipiente que las contiene.

Al pasar de sólido a líquido, lo llamamos fusión, de líquido a gas, vaporación, que puede ser por ebullición o por evaporación. Al pasar de sólido a gas, lo llamamos sublimación. A todos estos procesos, los denominamos progresivos, ya que aumenta la libertad de partículas. El proceso de pasar de gas a líquido, lo denominamos licuación, de líquido a sólido, solidificación, y de gas a sólido, resublimación. A todos estos procesos, los denominamos regresivos, ya que disminuye la libertad de partículas.

Salvo casos excepcionales, en la Naturaleza las sustancias se encuentran mezcladas unas con otras, siendo muy raras las ocasiones en que las encontramos en su total pureza.

Evidentemente, una sustancia auténticamente pura, presentara las mismas propiedades en todo su conjunto. Decimos que esta sustancia es homogénea. Lo mismo pasa con las disoluciones, ciertas aleaciones metálicas, el aire, y todas las demás mezclas.

En cambio, si en un conjunto o mezcla de sustancias pueden apreciarse partes y propiedades diferenciadas diremos que el sistema es heterogéneo.

¿CÓMO SE INVESTIGA?

Para investigar utilizaremos nuestros sentidos o algunos instrumentos. Con los resultados elaboraremos una primera teoría (un modelo) que explique razonadamente lo observado. La investigación supone observación, experimentación, y consecuencias, para construir modelos que permitan explicar lo observado, deducir aplicaciones, y avanzar en nuevas investigaciones.

MAGNITUDES FÍSICAS

Las propiedades que pueden medirse se denominan magnitudes físicas. Hay algunas propiedades, como la simpatía, la belleza, o la alegría, que no pueden medirse, y a estas, no se las llama magnitudes físicas.

Medir es comparar una magnitud con un valor concreto de la misma, elegido arbitrariamente, llamado unidad, y expresar con un número cuantas veces lo contiene. Actualmente, utilizamos un sistema de medidas, el Sistema Internacional (SI), para eliminar unidades como la braza, el codo, el palmo...

El resultado correcto de una medida supone un número y una unidad.

En este cuadro, tenemos algunas de las unidades del Sistema Internacional (SI).

MAGNITUD UNIDAD SÍMBOLO APARATO DE MEDIDA

Longitud Metro m metro

Masa Kilogramo kg balanza

Tiempo Segundo s reloj o cronómetro

Intensidad de corriente Amperio A amperímetro

Intensidad luminosa Candela cd

Temperatura Kelvin K termómetro

Cantidad de sustancia Mol mol

Fuerza Newton N dinamómetro

Presión Pascal Pa

Tensión eléctrica Voltio V voltímetro

Potencia Watt W

Frecuencia Hertz Hz

Energía Joule J

Resistencia eléctrica Ohm W

Conductancia eléctrica Siemens S

Flujo luminoso Lumex lm

Iluminancia Lux lx

Carga eléctrica Culombio c

Velocidad Kilómetros/segundo Km/s Velocímetro

Trabajo Julio 0

Calor Caloría cal

Energía eléctrica kilowatio-hora kw/h

CÓMO MEDIR LONGITUDES

El metro es 1/10.000.000 del cuadrante del meridiano que pasa por París. La longitud que corresponde a un metro está representada por la distancia comprendida entre dos trazos marcados en una barra de platino e iridio que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en París. Los símbolos no son abreviaturas, es decir, no tienen plural y no van seguidos de punto final.

Múltiplos:10m=1Decámetro (dam)

100m=1Hectómetro (Hm)

1.000m=1Kilómetro (Km)

Divisores:0,1m=1Decímetro (dm)

0,01m=1Centímetro (cm)

0,001m=1Milímetro (mm)

CÓMO MEDIR SUPERFICIES

La unidad internacional de superficie es el metro cuadrado (m2) y corresponde a la superficie de un cuadrado que tiene un metro de lado.

Múltiplos:100m2=1Decámetro cuadrado (dam2)

10.000m2=1Hectómetro cuadrado (Hm2)

1.000.000m2=1Kilómetro cuadrado (Km2)

Divisores:0,01m2=1 Decímetro cuadrado (dm2)

0,0001m2=1Centímetro cuadrado (cm2)

0,000001m2=1Milímetro cuadrado (mm2)

Para calcular superficies de polígonos conocidos, aplicamos las fórmulas:

CUADRADO RECTÁNGULO CÍRCULO TRIÁNGULO

A=l2 A=b.h A= r2 A=b.h

2

ROMBO TRAPECIO POLÍGONO REGULAR

A=D.d A=D+d.h A=a.p

2 2 2

Si la superficie es pequeña e irregular, se utiliza el papel milimetrado.

Si son superficies grandes, se dividen en partes geométricamente perfectas, se calculan las superficies, se suman, y si sobra algo, se aplica el método anterior.

COMO MEDIR VOLÚMENES

El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo y que, a demás, no puede ser ocupado por otro (impenetrabilidad).

La unidad internacional de volumen es el metro cúbico (m3) y equivale a un cubo cuyas aristas miden 1m.

Múltiplos:1.000m3=1dam3

1.000.000m3=1Hm3

1.000.000.000m3=1Km3

Divisores:0,001m3=1dm3

0,000001m3=1cm3

0,000000001m3=1mm3

Para calcular superficies de polígonos conocidos aplica estas fórmulas:

CUBO PRISMA ESFERA CILINDRO CONO

V=l3 V=a.b.c V=4 .r3 V= .r2.h V=1 .r2.h

  • 3

PIRÁMIDE

V=1Sbase.h

3

Para medir volúmenes de pequeños sólidos se vierte agua (u otro líquido) en una probeta hasta alcanzar un enrase determinado; después se introduce el sólido en el líquido y se observa de nuevo el enrase. La diferencia de los dos enrases, nos dará el volumen del sólido.

CÓMO MEDIR MASAS

A la cantidad de materia que tiene un cuerpo se le denomina masa en reposo (o simplemente, masa).

La unidad internacional de masa es el kg y corresponde a la cantidad de materia que posee un bloque cilíndrico de platino e iridio que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París.

Para medir la masa de los cuerpos se utiliza la balanza.

CÓMO MEDIR TIEMPOS

Suele decirse que el tiempo es la duración entre dos sucesos; lo que transcurre entre un antes y un después.

La unidad internacional de tiempo es el segundo (s) y se define como la 86400 parte de un día.

Para medir tiempos se emplean los relojes o los cronómetros. Un reloj es un dispositivo que realiza repetidas veces el mismo fenómeno tardando siempre lo mismo.

CÓMO MEDIR TEMPERATURAS

La temperatura o nivel térmico de un cuerpo se mide con un aparato denominado termómetro, cuyo fundamento es, generalmente, la dilatación o contracción que experimenta el líquido que contiene en su interior (con frecuencia mercurio o alcohol teñido) al calentarlo o enfriarlo, respectivamente.

Este líquido está contenido en un tubo largo y estrecho, provisto de una escala calibrada en grados.

Existen tres escalas de grados, para expresar temperaturas.

La escala Celsius, o centígrada, muy utilizada en Europa. El punto 0 (0ºC) corresponde a la fusión del hielo y el 100 (100ºC) a la ebullición del agua.

La escala Fahrenheit, usada en Gran Bretaña y E.E.U.U. El punto 32 (32ºF) corresponde a la fusión del hielo y el 212 (212ºF) a la ebullición del agua.

El Kelvin es la unidad de temperatura del Sistema Internacional. Es igual al grado centígrado, pero en la escala de temperatura absoluta el 0 está fijado en -273,16º C.

Esta es la fórmula de equivalencia con los grados Celsius:

K=ºC+273

ERRORES

Nuestros sentidos tienen un campo muy limitado de observación y, además, no nos proporcionan un resultado fiable, sino aproximado, de lo que estudiamos o experimentamos.

Por eso hemos de usar instrumentos adecuados para realizar mediciones, ser muy cuidadosos en su manejo y conservación y seguir al pie de la letra el método de trabajo que se aconseje.

Cuando efectuamos una medida siempre cometemos equivocaciones: en ocasiones debido a nuestros propios defectos (errores de observación); otras veces por defectos del instrumento que manejamos (errores instrumentales); en muchos casos ni siquiera sabemos la causa (errores aleatorios).

Para evitar errores hemos de asegurar el buen calibrado del aparato y su correcto funcionamiento. Además es conveniente repetir varias veces la experiencia y hallar la media aritmética de los valores obtenidos.

La media aritmética de un conjunto de datos es el cociente entre la suma de todos los datos y el número de estos.