LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA Y SU MEDIDA
PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS Y NO CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA
Las propiedades características son aquellas que dependen de la naturaleza del material y que permiten identificarlo. Algunas de estas propiedades son: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, solubilidad, entre otras más.
Las propiedades características se le llaman también intensivas, ya que no varían con la cantidad de materia, por lo que se consideran constantes.
Las propiedades no características son aquellas que no dependen de la naturaleza del material y no permiten diferenciarlo de otros. Algunas de estas propiedades son: la masa, el volumen y la temperatura. Ninguna de ellas es propia de un solo material, ya que no son únicas para cada compuesto, por lo que no se pueden usar para identificarlos.
A veces, las propiedades no características, se les llama también extensivas, ya que dependen de la cantidad de materia existente, siendo la masa y el volumen directamente proporcional a la cantidad de materia; pero, la temperatura no depende de la cantidad de materia existente, la cual a pesar de ser una propiedad no característica, no es extensiva.
PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS. DEFINICIONES
DENSIDAD:
Comenzaremos con un acertijo "¿qué pesa más una tonelada de ladrillos o una tonelada de plumas?. Si respondes que es lo mismo, demuestras comprender bien el significado de masa: una medida de la cantidad de materia. Los que respondan que los ladrillos pesan más que las plumas confunden los conceptos de masa y densidad. La materia está más concentrada en el ladrillo que en una pluma: es decir, la materia del ladrillo está confinada en un volumen menor. Los ladrillos son más densos que las plumas. La densidad es la relacióin existente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa en el espacio tal cuerpo.
Densidad (D) = masa (m) / volumen (V)
* La masa y el volumen son magnitudes extensivas. Una magnitud extensiva depende de la cantidad de materia observada. Sin embargo, si se divide la masa de una sustancia por su volumen, se obtiene la densidad, que es una magnitud intensiva. Una magnitud intensiva es independiente de la cantidad de materia observada y pueden ser utilizadas para identificar sustancias.
** En la industria las densidades generalmente se representan en Kg / m3 (se lee, kilogramos por metros cúbicos), pero los químicos generalmente expresan la densidad en g / cm3 ó g / cc (ambos se leen, gramos por centímetros cúbicos) y también se expresa en g / ml (se lee, gramos por mililitro).
La densidad de una sustancia depende:
De la temperatura: porque el volumen cambia con la temperatura mientras que la masa permanece constante: Por ejemplo, la masa de 1 lito de agua a 4 ºC es igual a 1 kilogramo; si calculamos la densidad del agua a 4 ºC tenemos que: D = 1 Kg / 1 l = 1 Kg/l
(densidad del agua a 4 ºC); en cambio la densidad del agua a 20 ºC = 0, 9982 Kg/l ,lo que quiere decir que la densidad es una función de la temperatura.
Del estado de la materia: en general, los sólidos son más densos que los líquidos y ambos son más densos que los gases. Las densidades de los líquidos se conocen con más precisión que las de los sólidos, ya que éstos pueden tener más defectos en sus estructuras microscópicas; las densidades de los elementos y los compuestos también se conocen con más precisión que las de los materiales de composición variable, como la madera, el caucho, el petróleo.
Una consecuencia importante de las diferentes densidades de sólidos y líquidos es que los líquidos y sólidos de densidad baja flotan en los líquidos de densidad alta (siempre que los líquidos y sólidos no se disuelvan unos en otros)
PUNTO DE EBULLICIÓN: Cuando calentamos un líquido, la temperatura va aumentando y se produce un burbujeo. En este punto la temperatura permanece constante, y normalmente decimos que el líquido está hirviendo o bullendo y pasa a la forma de gas; es decir, se evapora.
El punto de ebullición es una propiedad característica de cada material, que al ser constante permite identificar el material del cual se está determiando la magnitud.
¿Cómo se determina el punto de ebullición?
Se determina usando la técnica de evaporación o destilación; también se puede realizar un estudio de calentamiento de una sustancia como el agua a partir del estado sólido hasta su ebullición.
PUNTO DE FUSIÓN: Ocurre cuando se calienta un sólido y su temperatura aumenta hasta que comienza a fundirse y pasa a la forma de líquido; aqui la temperatura permanece constante hasta que el líquido se funde completamente.
¿Cómo se determina el punto de fusión?
Para poder determinaar el punto de fusión se debe colocar el sólido en un recipiente que reciba calor y lo transfiera al sólido; se debe tomar la temperatura durante el proceso y al fundirse totalmente el sólido, en ese momento la temperatura observada será el punto de fusión.
SOLUBILIDAD: Para entender bien el concepto de solubilidad tenemos que saber: qué es soluto y qué es solvente
SOLUTO: Es la sustancia que se disuelve en otra
SOLVENTE: Es la sustancia que disuelve al soluto
Todo depende de la naturaleza del soluto, del solvente y de la temperatura; podemos mencionar una regla muy popular en química que dice: "lo semejante disuelve a lo semejante". De ésta manera podemos decir que el esmalte de uñas se disuelve en acetona pero no en agua, debido a que el esmalte de uñas es compatible con la acetona mas no con el agua. Una sustancia puede ser muy soluble en un solvente e insoluble en otro.
¿Cómo se determina la solubilidad?
Se determina añadiendo el soluto a 100 cm3 de solvente hasta que ocurra la saturación del solvente, todo ello a una determinada temperatura fija; después calculamos por pesada la cantidad de soluto disuelta y expresamos la Solubilidad como gramos de soluto disueltos en 100 gramos de solvente g de soluto / 100 g de solvente
PROPIEDADES NO CARACTERÍSTICAS. DEFINICIONES
MASA: Es la cantidad de materia de un objeto. En el sistema SI, el patrón de masa es el kilogramo (Kg) que es una unidad bastante grande para la mayoría de las aplicaciones químicas; por lo tanto, frecuentemente utilizamos la unidad gramo (g), que es aproximadamente la masa de tres pastillas para adultos de aspirina. Un dispositivo habitual en el laboratorio para medir la masa es la balanza.
No se debe confundir los términos Masa y Peso. La Masa (m) es constante, que no depende de cómo o en donde se mida; el Peso (W) en cambio, puede variar debido a la aceleración de la gravedad (g), la cual varía un poco en los distintos puntos de la Tierra. Así, un objeto que pesa 100 Kg en Rusia, pesa sólo 99.6 Kg en Panamá, y pesaría solamente 17 kg en la Luna. Aunque su peso varía de acuerdo al lugar donde se mida, la masa permanece constante (es la misma) en los tres lugares.
VOLUMEN: Es el lugar en el espacio que ocupa la materia. Una medida importante que los químicos expresan mediante unidades derivadas es el volumen. El volumen tiene unidades de (longitud)3 y la unidad standard SI de volumen es el metro cúbico (m3). Las unidades de volumen más frecuentes son el centímetro cúbico (cc ó cm3) y el litro (l).
Un litro se define como un volumen de 1000 cm3, ésto significa que un mililitro (1 ml) es igual a 1 cm3. El litro también es igual a un decímetro cúbico (1 dm3).
TEMPERATURA: es la medida del nivel térmico de la energía calorífica, se expresa en grados, por lo general en una de las dos escalas relativas: Centígrados (o Celsius) y Fahrenheit; o en una de las dos escalas absolutas: Kelvin y Rankine.
Los dos puntos fijos de estas cuatro escalas son aquellas temperaturas a las cuales el agua, saturada de aire (medio ambiente), congela y hierve a la presión de una atmósfera (sobre el nivel del mar). En la escala Centígrada o de Celsius estos dos puntos son 0º y 100 ºC; en la de Fahrenheit, 32º y 212 ºF; en la absoluta de Lord Kelvin, 273 º y 373 ºK; y en la escala absoluta de Rankine, 492 º y 672 ºR, respectivamente.
El intervalo existente entre el punto de congelación y el de ebullición del agua en la escala centígrada y Kelvin, es de 100º; mientras que el mismo intrvalo en las escalas de Fahrenheit y Rankine es de 180º.
La equivalencia entre los grados centígrados (o Kelvin) y los grados Fahrenheit (o Rankine) viene expresados por la identidad: 100 ºC (o ºK) = 180 ºF (o ºR)
Para convertir grados centígrados en grados absolutos Kelvin se suman 273º al valor en grados centígrados, y, por el contrario, para convertir ºK a ºC se le restan 273º al valor de la lectura en aquella escala absoluta.
De manera análoga, para transformar grados Fahrenheit en grados absolutos Rankine se suman 460º al valor conocido en la escala Fahrenheit, e, inversamente, para convertir ºR en ºF se restan 460º al valor dado en la escala Rankine.
La conversión recíproca entre grados Centígrados y grados Fahrenheit se estudia en la resolución de los problemas correspondientes.
