Tema II: Cuerpos y Sistemas Materiales

1. Física y QuímicaFísica y Química
3º ESO
Tema II: La materia
El ilusionista de Genios

2. 0-Ideas Claras0-Ideas Claras

3. 2.1 ¿Qué es la materia?2.1 ¿Qué es la materia?
• La materia se puede definir como todo aquello que
ocupa un sitio en el espacio y puede ser percibido por
los sentidos además de presentar una masa
significativa. La materia puede interaccionar además de
tener asociada una energía. El aire, un libro, el agua,
las ondas electromagnéticas…
La materia puede presentarse en un cuerpo
material (si este tiene sus límites definidos como una
mesa por ejemplo) o como un sistema material (si
sus límites no están suficientemente bien limitados
(como una nube por ejemplo).
Las propiedades de la materia puede ser
propiedades generales que son aquellas
propiedades que poseen todos los cuerpos (como
regla nemotécnica se podría decir que son aquellas
propiedades asociadas a la cantidad de materia) como
la masa (que mide la cantidad de materia), el
volumen (cantidad de espacio o capacidad que ocupan),
el peso específico (el producto de la masa del cuerpo
por la gravedad que atrapa a dicho cuerpo),; o
propiedades específicas (que dependen del cuerpo
o sistema material en concreto, independientemente
de su cantidad) por ejemplo su color, su textura, su
brillo, su magnetismo, la densidad (la relación m/V)…

5. 2.2 Densidad, masa y volúmen2.2 Densidad, masa y volúmen
(problemas)(problemas)
• La densidad de la materia se puede obtener fácilmente de dividir la masa
entre el volumen correspondiéndose a la siguiente fórmula:
d=m/Vd=m/V
-Pudiéndose expresar en el SI como (g/cm3
) o
(kg/m3
).
• La masa de un cuerpo en el SI se expresa en (Kg).
• El volumen de un cuerpo en el SI se expresa en (L) y por lo tanto en (dm3
),
aunque habitualmente también son usadas medidas tales como el (m3
) o el
(mL) y por lo tanto el (cm3
).
ACTIVIDAD PRÁCTICA
¿Cuánto combustible (en Kg) podrá soportar de máximo un
depósito
esférico de combustible fósil queroseno si de polo a polo en el
recipiente hay una distancia de 2 metros? Dato: densidad específica del
queroseno (0,8 g/cm3
).
Solución: Puede soportar una máxima de 26,8 toneladas de queroseno.
Suponiendo que de una cantera un equipo de mineros a
conseguido extraer unas muestras de piedra calcita, un equipo de
geólogos ha determinado que la muestra total de calcita es un
total de 180,6 Kg. El equipo de científicos ha aportado el dato de la
densidad específica de la roca calcita: 2,7 g/cm3
. Si se dispone de
un recipiente paralelepípedo cuyos lados miden 1; 1 y 1,5 metros
respectivamente, determina si la muestra cabe en dicho recipiente
o lo rebosaría.
Solución: En total hay un volumen de 0,067 metros cúbicos
aproximadamente, luego si que cabrá en el recipiente.
Un bastón de madera de ébano tiene una masa de 0,84 kg y un volumen de
620
cm3
. Expresa en toneladas por metro cúbico la densidad de está madera.
¿Flotará en el agua?
Solución: a) 1,35 t/m3
. b) Se hundirá ya que la densidad del bastón es mayo
que la del agua.

6.  Los picnómetros son capaces de medir las densidades de la
sustancias siendo estas sólidas, líquidas o gaseosas.
•También existen picnómetros para sustancias especialmente
viscosas.

7. 2.3 Estados de la materia.2.3 Estados de la materia.
 Según como se presente la materia, esta puede diferenciarse en
tres estados diferente según su estado de agregación de
partículas, es decir según su estructura o morfología de
partículas:
-Sólido: las partículas se encuentran en un estado
verdaderamente compactado y presionado además de
mantener una ligera notable vibración (en función del
sólido) particular por las propias partículas, en otras palabras,
hay más densidad particular: esto es que por unidad de volumen
hay más masa de la habitual de partículas. Su volumen es invariable
y no permiten un flujo de su propio cuerpo, su forma es fija
también incapaz de ser alterada. A diferencia de los líquidos y los
gases, los sólidos presentan generalmente mayor dureza y mayor
densidad que su propio estado líquido por lo que se hunden (a
diferencia del hielo). Si la estructura sólida es estrictamente
ordenada se habla de los cristales, en caso contrario de los
amorfos.
-Líquido: las partículas se encuentran en un estado
ligeramente más disgregado y son capaces de deslizarse
unas de otras, la densidad particular es menor. Su volumen
es fijo sin embargo su forma puede variar (por ejemplo si el
líquido permanece en recipientes de diferente contorno).
-Gaseoso: es un estado propio de las sustancias que tienen una
diminuta densidad particular ya que las partículas no
mantienen contacto unas con otras vagando libremente por el
espacio que ocupan hasta chocar unas con otras. Su volumen va
en función del espacio que tengan que ocupar ocupando
todo su contenido, carecen de forma fija adoptando la forma
que presenta el espacio que ocupan y son fácilmente
comprensibles. Junto con los líquidos se denominan fluidos.

11. Pantallas de cristal líquido.Pantallas de cristal líquido.

12.  Alterando las condiciones de presión y temperatura de una sustancia esta puede verse sometida a un
cambio de estado. Los cambios de estado están cimentados en el modelo cinético-molecular descrito por el
irlandés Robert Boyle (1627-1691) en el siglo XVII. Los cambios de estado pueden ser:
- De fusión: que consiste en el paso del estado sólido de una sustancia a un estado líquido. Por ejemplo
del hielo al agua.
- De vaporización: que consiste en el paso del estado líquido de una sustancia a un estado gas. Por
ejemplo del agua al vapor de agua. La vaporización puede ser de dos tipos diferentes:
+Evaporización: si la vaporización se desarrolla solo en la superficie del líquido y a
cualquier temperatura.
+Ebullición: si la vaporización se desarrolla en toda la masa del líquido y cada sustancia
tiene su punto concreto de ebullición, por ejemplo en el caso del agua son los 100ºC.
- Condensación o licuación: consiste en el paso del estado gas de una sustancia a un estado líquido,
por ejemplo del vapor de agua a agua.
- Solidificación: que consiste en el paso de una sustancia líquida a un estado sólido.
- Sublimación: es un cambio de estado curioso ya que consiste en el paso directo del estado sólido al
estado gas sin pasar ni siquiera por el estado líquido antes. Una sustancia que experimenta este tipo de
cambio de estado por ejemplo es el naftaleno, sustancia presente en los ambientadores. En caso contrario, se
denomina sublimación inversa si el cambio sucede desde el estado gas hasta el estado sólido.
*En las propiedades características de las sustancias destacan las temperaturas de fusión y ebullición que
son aquellos límites de temperatura en las cuales la sustancia inicia su cambio de estado correspondiente.
Algunos ejemplos citados son los siguientes:

13. Sustancia Tª Fusión Tª Ebullición
Agua 0 ºC 100 ºC
Oxígeno -219ºC -183ºC
Amoniaco -78ºC -34ºC
Sal común 801ºC 1413ºC
Mercurio -39ºC 357ºC
Wolframio 3387ºC 5527ºC
Cloro -101ºC -34ºC
Nitrógeno -210ºC -195ºC
Carbono 3527ºC 4827ºC

14. Esquema Cambios de estado.Esquema Cambios de estado.

15. 2.4 Teoría cinético molecular.2.4 Teoría cinético molecular.
 Pre-orígenes: Antes de la implantación de la teoría cinético molecular, se daba por verídica el modelo estático-molecular
argumentada por Lavoiser (1743-1794) refutando una teoría anterior denominada teoría del flogisto (la cual argumentaba que el
calor era dicha sustancia llamada flogisto la cual nacía de las combustiones) en el siglo XVIII el cual defendía que las partículas de la
materia estaban en una posición de equilibrio la cual era alterada por una sustancia denominada calórico la cual agitaba las partículas y
sería la responsable de los cambios de estado siendo por supuesto la responsable del comportamiento del calor.
 Teoría cinético molecular: fue promulgada por el científico Robert Boyle (1627-1697) y finalmente verificada por el físico Daniel
Bernoulli (1700-1782) en 1738. Tres científicos Clausius, Maxwell y Boltzmann teniendo en cuenta la presencia de las partículas en las
sustancias establecióeronuna serie de premisas y características en dicha teoría:
1º) Las partículas están en continuo movimiento, siendo en los gases un movimiento rectilíneo azaroso que chocan
con las paredes del recipiente o entre ellas mismas sin perder energía simbólica.
2º) El volumen de las partículas en infinitamente menor que el del recipiente que lo contiene, siendo existente pero
no simbólico, en otras palabras, las partículas se representan en esta teoría con cierta masa pero apenas volumen.
3º) Entre partículas existen fuerzas ya sean atractivas (como en el caso de los sólidos) si tienden a unir las partículas
o repulsivas si tienden a alejarlas (como en el caso de los gases).
El experimento browniano demostró la veracidad de esta teoría en 1863 ya que si observamos motas de polen o de polvo en
suspensión en un agua inmóvil, estas se desplazan como si estuvieran vivas, en realidad no lo están, son las partículas del agua que
chocan contra ellas y las fuerzan a moverse.

18. Boyle: el cual propuso los inicios a la teoría cinético molecular. Bernoulli: el cual la verificó.

19. 2.5 Razonamiento de la teoría cinética-2.5 Razonamiento de la teoría cinética-
molecular en base a la presión y la temperatura.molecular en base a la presión y la temperatura.
1º) En función de la temperatura. 2ª) En función de la presión.
 La energía cinética (aquella energía relacionada con
el movimiento de las partículas) va en proporción con
la temperatura que estas alcancen.Así pues a mayor
temperatura mayor será la energía cinética y por lo
tanto las partículas tendrán la tendencia a separarse
unas de otras.Así es de juicio comprender que si
sometemos a un sólido a alta temperatura, sus
partículas se separarán y se verá convertido a líquido, y
de igual forma un líquido se verá afectado por una alta
temperatura que termine expandiendo sus partículas
formando el gas.
 La compactación de las partículas viene influenciada
por la presión, así si tenemos un alto valor de la
presión que comprima un gas, sus partículas perderán
espacio para moverse con mayor libertad hasta tal
punto que solo puedan deslizarse unas con otras,
entonces el gas se habrá convertido en líquido, si el
líquido se sigue comprimiendo sometiéndolo a más
presión aún, el espacio cada vez se hará más pequeño y
las partículas perderán prácticamente toda su movilidad
por el espacio convirtiéndose así en sólido.

20. En función a la temperatura. En función a la presión.

21. 2.6 Las leyes de los gases2.6 Las leyes de los gases
experimentales.experimentales.
 En unos estudios realizados por los físicos Robert Boyle (1627-1691) y Edme Mariotte (1620-1684) se reveló que la
presión, el volumen y la temperatura guardan relaciones entre sí en una cantidad de masa fija de un gas. Estos
estudios fueron enriquecidos por los físicos Jacques Charles (1746-1823) y por Gay Lussac (1778-1850) en un siglo
posterior.
 La primera ley denominada ley de Boyle Mariotte defiende que para una masa fija de gas a temperatura cte. El
producto de la presión por el volumen permanece cte. Es un proceso isotérmico(T=cte.) En caso de que
aumente la presión el volúmen disminuye. (ver imágenes I y II)
 La segunda ley denominada Primera Ley de Charles y Gay Lussac defiende que el volumen de una masa fija de gas a
presión cte. Es proporcional a la temperatura total, en otras palabras, la relación V/T=cte. Es un proceso isóbaro
(P=cte.) (ver imágenes III y IV)
 La tercera ley denominada Segunda Ley de Charles y Gay Lussac defiende que la presión de una masa fija de gas a
volumen cte. Es proporcional a la temperatura total, en otras palabras, la relación p/T=cte. Es un proceso isócoro.
(ver imágenes V y VI)