05/02/2015

1

La materia y sus estadosLa materia y sus estados

Ciencias Naturales1º de E.S.O.

Francisco J. Barba Regidor

Curso: 2014-15

Algunos tipos de materia -madera, vidrio- pueden mantener su forma: son los sólidos; algunos otros –agua, aceite- no tienen forma propia y la adaptan a la del recipiente en que se encuentran: son los líquidos. Y, finalmente, muchos otros -aire, oxígeno- no mantienen ni su forma ni su volumen, y se expanden en todas las direcciones si no están metidos dentro de un recipiente; son los gases.

Estados de laEstados de la

materiamateria

Imagen de http://www.artinaid.com/2013/04/el-estado-solido-de-la-materia/

El caso del aguaEl caso del aguaEl agua es una sustancia química presente en todos los sistemas terrestres. Está compuesta por hidrógeno y oxígeno y es esencial para la supervivencia de la vida.

En su uso normal, el término agua se refiere a su forma en estado líquido, pero esta sustancia también aparece en estado sólido –hielo- y en estado gaseoso -vapor de agua-.

El agua se mueve continuamente a través de un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración), precipitación y escorrentía, generalmente con llegada en el mar. Sobre la tierra, la evaporación y la transpiración contribuyen a la precipitación sobre la tierra.

El agua en sus tres estados: líquido, sólido (hielo), y de vapor de agua

(invisible) en el aire. Las nubes son las acumulaciones de las gotas,

condensados de aire saturado de vapor. De Wikipedia.

Adaptada de: http://en.wikipedia.org/wiki/Water

05/02/2015

2

DiferenciasDiferenciasSólidos Líquidos Gases

Forma •Forma fija.•Forma del contenedor.

•Forma del contenedor.

Volumen

• Volumen fijo.

• Los sólidos se expanden en caso de calentamiento o se contraen si se enfrían (excepto el agua).

•Volumen fijo.

•Los líquidos se expanden en caso de calentamiento o se contraen si se enfrían.

•Volumen del recipiente que les contiene.

•Los gases se expanden para ocupar todo el espacio disponible.

Fluidez•Los sólidos no pueden fluir.

•Pueden fluir desparramándose si no hay un recipiente contenedor.

•Pueden fluir desparramándose si no hay un recipiente contenedor.

Densidad

•Por lo general tienen una alta densidad: muchas partículas en un volumen pequeño.

•Densidad intermedia.

•Densidad baja: pocas partículas en un gran volumen.

Compresibilidad•Difíciles de comprimir.

•Mucha dificultad para ser comprimidos.

•Fáciles de comprimir.

Los estados de la materia según la teoría de las partículasLos estados de la materia según la teoría de las partículas

• La materia está formada por partículas diminutas. Entre ellas hay espacios vacíos.

• Las partículas están en constante movimiento dentro de la materia.

•La temperatura afecta a la velocidad de las partículas.

• Hay fuerzas que atraen a las partículas.

Imagen de http://es.tiching.com/la-teoria-de-las-particulas/recurso-educativo/47492

SólidosSólidosLa mayoría de las substancias que nos rodean son sólidas. Sus principales características son:

• Mantienen su forma y no aplicamos ninguna fuerza sobre ellos.

• Son incompresibles: no podemos reducir fácilmente su volumen cuando los comprimimos.

• Se dilatan cuando los calentamos y se contraen si los enfriamos. Por ello, en los edificios podemos ver juntas de dilatación.http://www.tecnoav.cl/1-juntas-de-dilatacion-

puentes/

JUNTAS DE DILATACIÓN EN PUENTES:

05/02/2015

3

LíquidosLíquidosLos seres vivos no existirían sin las especiales características de los líquidos, en particular del agua:

• Carecen de forma propia: se adaptan a la del contenedor.

• Pueden fluir si están libres.

• Son incompresibles.

• Se dilatan si se calientan y se contraen si se enfrían.

• Se mezclan con muchas otras substancias.

Imagen de http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1174/html/1_descripcin_de_las_disoluciones.html

GasesGases La mayoría de los gases son transparentes y por tanto invisibles. Sin embargo, los gases tienen masa y ocupan espacio:

• No tienen forma propia y se adaptan a la del recipiente que los contiene.

• Se expanden si se calientan y se contraen si se enfrían. Cuando se expanden ocupan la totalidad del espacio libre.

• Son compresibles.

• Se difunden para mezclarse con otros gases, líquidos o incluso sólidos

Imagen de: http://www.hantsanddorsetgas.co.uk/hampshire-balloon-gas.html

Imagen de: http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=Gases&lang=2

Cambios de estado de la materiaCambios de estado de la materia

Figura modificada de: http://2011-quinto-a.blogspot.com.es/2011_08_01_archive.html

Las partículas de materia no cambian de un estado a otro. Sólo se modifica su disposición y su energía. Cuando la materia cambia de estado no se pierde materia.

Los cambios de estado son reversibles.

05/02/2015

4

Esta tabla resume los seis cambios de estados que la materia puede pasar por debajo y le indica si el calor se agrega o se quita para que el cambio tenga lugar.

Cambio Desde A Calor Ejemplos

Sublimación sólidogas orvapour

Añadido = endotérmico

Las bolas de naftalina desaparecen cuando se dejan en

un armario durante varios días

Sublimacióngas o vapor

sólidoEliminado

= exotérmicoSe forma escarcha en el parabrisas de un coche

Evaporación o vaporización

líquido gasAñadido =

endotérmicoEl agua de la lluvia se seca

cuando sale el sol

Fusión o licuefacción

sólido líquidoAñadido =

endotérmico

Un cubo de hielo se convierte en agua cuando se deja fuera del

congelador

Congelación o solidificación

líquido sólidoAñadido =

endotérmicoUna botella de agua se convertirá

en hielo si se deja en el congelador

Condensacióngas o vapor

líquidoAñadido =

endotérmico

Se forman gotas de agua en el espejo cuando se toma una

ducha de agua caliente

Átomos: la naturaleza de la materiaÁtomos: la naturaleza de la materiaEs enorme el número de substancias que existen en el Universo, pero todas ellas están formadas por átomos. El átomo es la unidad más pequeña que caracteriza e identifica a los distintos tipos de materia, manteniendo tanto su identidad como sus propiedades.

Cada objeto tiene tantos átomos que no lo podemos imaginar: en 12 g de carbono hay 6,022*1023 átomos.

Los átomos están formados por tres clases de partículas diferentes (partículas elementales): protones, neutrones y electrones. En este modelo, los protones y los neutrones están en una zona densa y central: el núcleo. Éste está rodeado por una nube de electrones cargados negativamente.

El átomo. Figura de http://mavensol.blogspot.com.es/2014/0

1/que-sabes-del-atomo.html

Protones, neutrones y electronesProtones, neutrones y electrones

Fuente: http://www.aula365.com/la-estructura-atomica/

Los protones y los neutrones se apelotonan en el núcleo, alrededor del cual orbitan los electrones –con carga eléctrica negativa-atraídos por la carga positiva de los protones del núcleo.

05/02/2015

5

ÁtomosÁtomosCada tipo de átomos difiere por el número de protones que hay en su núcleo. Es el número atómico. Por ejemplo, los átomos de oro tienen un protón más que los del platino.

Cada uno de estos diferentes tipos de átomos se denomina elemento químico. Así, el Platino y el Oro son elementos químicos.

Cada elemento químico se identifica por un nombre y un símbolo.

Todos los elementos químicos están recogidos en la tabla periódica (ver diapositiva siguiente) el orden se debe al número atómico.

Diferentes tipos de átomos. Figura de http://sobrecuriosidades.com/2010/09/10/%C2%BFque-es-

la-tabla-periodica-de-los-elementos/

Átomos, moléculas y cristalesÁtomos, moléculas y cristales

Es enorme el número de substancias que podemos encontrar a nuestro alrededor, pero todas ellas están formadas por diferentes combinaciones de los elementos químicos descritos. Cuando los átomos se combinan, pueden producir moléculas o, incluso, cristales.

1. Las moléculas son grupos de átomos. Estos átomos pueden o no ser los mismos. Por ejemplo: El O2 es una molécula de oxígeno con sólo dos átomos de este elemento, pero H2O es otr molécula con tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno

2. En los cristales, el número de átomos en combinación puede ser mayor, y esto están en posiciones estrictamente ordenadas y fijas.

El caso de los cristalesEl caso de los cristalesCristales. Algunos elementos forman cristales simples. En este caso, la fórmula química es la misma que el símbolo químico del elemento. Por ejemplo, los cristales de carbono en los diamantes, C.

Cristales compuestos. La fórmula química indica los elementos y sus proporciones dentro del cristal- Para la sal común, NaCl, es muy fácil, pero en muchas otras ocasiones es más complicado: Na2SO4, CaCO3, etc.

Estructura cristalina del cloruro sódico o sal común. Imagen de

http://marianayastrid.blogspot.com.es/

05/02/2015

6

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos#mediaviewer/File:Periodic_table_large-es.svg

Nombres y símbolosNombres y símbolos

Cada elemento químico se identifica por un nombrey un símbolo. Todos ellos están agrupados en la tabla periódica en filas (periodos) y columnas (grupos).

Periodos

Grupos

1

2

3

4

5

6

IIIA IVA VA VIA VIIA VIII

Elementos y NaturalezaElementos y Naturaleza

Aunque todos los átomos están formados por las mismas partículas elementales, cada elemento tiene diferentes propiedades y está presente en la materia en diferentes proporciones.

Los elementos más abundantes en el Universo son el hidrógeno y el helio. Ambos son los componentes básicos de las estrellas (el Sol es una de ellas). Así, por ejemplo, representan el 92,4 y el 7,5% respectivamente de nuestro Sistema Solar.

Composición química de una estrella: el Sol. Imagen modificada de http://burro.astr.cwru.edu/stu/advanced/sun_astar.html

05/02/2015

7

La tabla periódica en función de la abundancia de los materiales en la naturaleza. University of Santa Clara. Imagen tomada de http://visual.ly/elements-according-relative-abundance

ELEMENTOS EN LA CORTEZA ELEMENTOS EN LA CORTEZA TERRESTRETERRESTRE

Hasta donde sabemos, los elementos más abundantes en la Tierra son el hierro(40%) y el oxígeno (28%).

No obstante, la composición de la corteza es muy diferente: oxígeno, silicio, aluminio y hierro son los más abundantes, y generalmente aparecen combinados unos con otros, como ocurre en los silicatos y en muchos otros minerales (óxidos).

Figura tomada de: http://www.monografias.com/trabajos12/taper/taper.shtml

Composición química de lacorteza terrestreFigura tomada de

http://www.astroyciencia.com/page/10/

Elementos de la corteza terrestreElementos de la corteza terrestre

Hasta donde sabemos, los elementos más abundantes en la Tierra son el hierro (40%) y el oxígeno (28%). No obstante, la composición de la corteza es muy diferente: oxígeno, silicio, aluminio y hierroson los más abundantes, y generalmente aparecen combinados unos con otros, como ocurre en los silicatos y en muchos otros minerales (óxidos).

Composición química de la corteza terrestre. Imagen de:

https://artursala.wordpress.com/2012/07/20/la-alquimia-cientifica-o-

la-quimica-nuclear-tercera-parte-kervran-y-las-pruebas-de-las-

transmutaciones-en-geologia/

05/02/2015

8

Elementos en los seres vivosElementos en los seres vivosLos elementos químicos que forman los seres vivos se llaman bioelementos. Sus proporciones en aquellos son diferentes.

El carbono, hidrógeno ynitrógeno forman el 93% de todos los seres vivos.

Los átomos de carbono se combinan con otros átomos para formar una gran variedad de moléculas en los seres vivos (carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos).

Figura tomada de: http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Moleculas_atomos_organismos.htm

Otros elementosOtros elementosEn el agua del mar

- Cloro. Es un gas que se combina con metales para formar sales.

- Sodio. Metal que forma el cloruro sódico, esto es, la sal común.

- Potasio. Otro metal. Forma el cloruro de potasio

- Calcio. Metal presente en muchas sales disueltas: sulfatos y carbonatos. Está presente también formando los caparazones de invertebrados y el esqueleto interno de los vertebrados.

La sal común o halita es cloruro sódico, NaCl. Aparece disuelto en las aguas de los mares y es de utilidad en la cocina y en la conservación de alimentos.Figura de https://doctorariobo.wordpress.com/

Alimentos lácteos son ricos en calcio, Ca.Figura tomada de http://sevilla.abc.es/tusrecetas/reportajes/salud-y-

alimentos/alimentos-con-calcio.html

Diferentes tipos de moléculas

Un ejemplo de un cristal. Representación Atómica de cloruro de sodio o sal de mesa. En la naturaleza este compuesto forma una red tridimensional altamente ordenada de iones de carga opuesta. Los enlaces que se forman entre los iones de sodio (Na+) y cloro (cloruro: Cl-) tienen una gran fuerza interna que les permite formar grandes cristales.

Imágenes de:

http://www.physicalgeography.net/fundam

entals/6a.html

05/02/2015

9

FórmulasFórmulasSi usamos símbolos para

reconocer elementos

químicos (O: oxígeno; H: hidrógeno; Fe: hierro; Ag: plata, etc.), debemos usar

fórmulas para reconocer

moléculas.

Una fórmula química

consiste en símbolos

químicos y números que

indican cuántos átomos

de cada elemento hay en

una molécula. Hay diferentes tipos de fórmulas y dependen de la molécula representada.

Figura de http://www.monografias.com/trabajos96/formulas-y-ecuaciones-quimicas/formulas-y-ecuaciones-

quimicas.shtml

Tipos de fórmulasTipos de fórmulas• Substancias simples. En este

caso sólo hay una clase de elemento: N2 es la fórmula de la substancia con moléculas formadas por dos átomos de nitrógeno unidos entre sí.

• Substancias compuestas. La fórmula indica qué elementos forman una molécula. In el caso del dióxido de carbono, CO2, consiste en un átomo de carbono unido a dos de oxígeno.

Imágenes de:

http://www.windows.ucar.edu/physic

al_science/chemistry/n2_molecule_s

m.gif