Cómo se transforma la materia

Esta semana hemos comenzado con el tema 5 sobre cómo se transforma la materia y hemos visto que puede sufrir cambios físicos y cambios químicos así como que son las reacciones químicas.

1.- Los cambios físicos:

Los cambios físicos son los que hacen que la materia no se transforme en otra diferente como por ejemplo los cambios de estado, el hielo se funde y aunque cambia de estado físico la materia sigue siendo la misma, agua.

2.- Los cambios químicos:

Los cambios químicos son aquellos que hace que la materia se transforme en otra diferente como por ejemplo la combustión de carbón que hace que el carbón se transforme en cenizas.

¿Cómo hemos trabajado estos conceptos?

Hemos estado realizando una serie de ejercicios que consistían en identificar si las transformaciones que nos daban eran cambios físicos o químicos, entre otros hemos visto la combustión del carbón (cambio químico), una infusión de té (cambio químico), agua hirviendo (cambio físico) y cuando la vela se derrite (cambio químico).

3. Las reacciones químicas:

Las reacciones químicas son el proceso mediante el cual una o varias sustancias llamadas reactivos se transforman en otras distintas llamadas productos:

• Reactivos: Son aquellas sustancias que forman parte de la transformación como por ejemplo el Hidrógeno (H) + el Oxigeno (O). Son todos los elementos de la tabla periódica.
• Productos: Es el resultado tras la unión de los reactivos como por ejemplo la unión de 2 moléculas de Hidrógeno (H2) + Oxigeno (O) da lugar al agua (H2O).

¿Cómo hemos trabajado las reacciones químicas?

Hemos realizado ejercicios para identificar en una representación gráfica cuales eran los reactivos y cuales los productos como Fe (Hierro) + O2 (Oxigeno) = Fe2O3 (Óxido de hierro).

Conclusión de lo aprendido

De lo estudiado durante esta semana he aprendido que cualquier materia puede transformarse en otra distinta mediante cambios químicos o cambiar de aspecto siendo la misma materia que al principio como consecuencia de cambios físicos y que en todos los procesos de transformación intervienen las reaccione químicas a través de los reactivos dando lugar a los productos.

¡¡Vamos a viajar por el interior de la materia!!

Tras el parón navideño ya hemos comenzado las clases y en nuestra primera semana hemos continuado con el tema 4 "Viaje por el interior de la materia".

Hemos estado repasando qué es un átomo y las tres teorías que se habían desarrollado a lo largo de la Historia sobre él y lo que hemos aprendido es:

1.-  Que un átomo es la parte más pequeña e indivisible que forma la materia. El primer científico que descubrió lo que era un átomo fue Dalton quién formuló la primera teoría sobre un átomo que consistía en que la materia estaba formada por partículas muy pequeñas, separadas e indivisibles llamadas átomos.

2.- También hemos aprendido que existían otras 2 teorías sobre el átomo además de la de Dalton que eran:

- El modelo de Thomson que consistía en que el átomo es una esfera maciza de materia cargada positivamente y en su interior se encuentran los electrones de carga negativa.

- El modelo planetario de Rutherford que decía que el átomo esta formado por 2 partes: el núcleo es la parte central del átomo en la que se encuentran los protones (carga +) y los neutrones (sin carga) y la corteza es la parte exterior del átomo y está formada por unas órbitas donde se encuentran los electrones (carga -). Este modelo es el que está vigente en nuestros días.

Para aprender lo anterior no sólo hemos utilizado el libro sino que también hemos realizado esquemas comparativos de las 3 teorías.

La Tabla Periódica

También hemos trabajo la tabla periódica que es una tabla donde se encuentran ordenados los elementos químicos en orden creciente según cual sea su número atómico.

Hemos visto que cada color de la tabla periódica indica si los elementos son metales, no metales o gases.

Hemos utilizado la tabla periódica en ejercicios para calcular el periodo, el grupo, el número atómico, la masa atómica, el número de protones, electrones y neutrones de algunos elementos.

Iones, Isotopos y Enlaces químicos

Por últimos hemos estado estudiando los iones, isotopos y enlaces químicos.

De cada uno de ellos hemos estudiado su definición y sus tipos.

Los iones son átomos que han ganado o perdido electrones y hay 2 tipos:

- Los cationes que son átomos que han perdido electrones por lo que tienen carga +.
- Los aniones que son átomos que han ganado electrones por lo que tienen carga -.

Los isotopos son átomos del mismo elemento que varían su número de neutrones.

Los enlaces químicos son uniones entre 2 moléculas y existen 3 tipos:

- El enlace iónico que es la unión de un metal + un no metal.
- El enlace covalente que es la unión de un no metal + no metal.
- El enlace metálico que es la unión de 2 metales.

Sobre este último punto hemos realizado esquemas para poder comprender mejor los conceptos y unas actividades en las que hemos practicado los enlaces químicos. Para ello la profesora nos ha asignado a cada uno un elemento de la tabla periódica y la actividad consistía en juntarnos con otros compañeros para poder formar cualquier tipo de los enlaces anteriores. A mí me tocó el Selenio (Se) que un no metal y formé 3 enlaces iónicos con mis compañeros, uno de ellos fue la unión de Selenio (Se) + Magnesio (Mg).

Métodos de separación de mezclas

I.- Separación de mezclas heterogéneas

Las técnicas más utilizadas para separar mezclas heterogéneas son la filtración y la decantación.

• La filtración: se utiliza para separar una sustancia sólida de una líquida, normalmente para suspensiones finas, en las que las partículas del sólido dispersas en un sólido son de tamaño pequeñas. Para ello se hace pasar la mezcla por un filtro fino capaz de retener las partículas sólidas y dejar pasar el líquido.

• La decantación: se utiliza para separar una sustancia sólida de una líquida o dos sustancias líquidas. Para ello se deja reposar la mezcla para que el componente más denso se quede en el fondo, y después separar la sustancia menos densa que queda en la parte superior vertiéndola con cuidado.

II.- Separación de mezclas homogéneas

Las técnicas más utilizadas para separar mezclas homogéneas o disoluciones son la destilación y la cristalización.

• La destilación: se utiliza para separar los componentes de una disolución entre líquidos o entre un sólido y un líquido. Consiste en separa el soluto del disolvente teniendo en cuenta la diferencia en los puntos de ebullición.

La destilación se utiliza en la industria, permitiendo procesos como la obtención de bebidas alcohólicas, refinado del petróleo, obtención de productos petroquímicos de todo tipo y en muchos otros campos. Es uno de los procesos de separación más extendidos.

• La cristalización: se utiliza para separar los componentes de una disolución formada por un sólido y un líquido. Consiste en separar ambos componentes teniendo en cuanta la facilidad del liquido para pasar a gas, es decir teniendo en cuenta su volatilidad. Para ello se deposita la disolución en un cristalizador que es un recipiente donde el liquido se va evaporando lentamente y aparece el sólido en el fondo del recipiente en forma de cristales.

A continuación un video de un experimento de critalización:

https://www.youtube.com/watch?v=Vo29NUA4aSQ

Las Disoluciones

Una disolución es una mezcla homogénea, es decir, una mezcla de 2 o más componentes que no reaccionan entre sí, siguen siendo los mismos después de mezclados, y además por ser homogénea no se ven o diferencian sus componentes a simple vista después de mezclados.

Componentes de una disolución

En una disolución encontramos 2 componentes:

• El soluto es la sustancia que se disuelve y es el que se encuentra en menor proporción, por ejemplo en la mezcla de agua y azúcar, el soluto sería el azúcar.

• El disolvente es la sustancia que disuelve al soluto y se encuentra en mayor proporción, en nuestro ejemplo sería el agua.

Existen diversos tipos de disoluciones dependiendo del estado (sólido, líquido o gaseoso) en que se presente el soluto y el disolvente: 

• Las más  comunes son las constituidas por un soluto sólido y un disolvente líquido como el agua del mar.
• Las aleaciones el soluto y el disolvente son sólidos.
• Hay otros casos de disoluciones como las bebidas gaseosas (gas en líquido), el aire (gas en gas), los aerosoles (líquido en gas) o el alcohol en agua (líquido en líquido).

¿Cómo expresamos de forma cuantitativa la composición de una disolución?

Se expresa mediante su concentración, que expresa, de forma numérica, la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución y se puede expresar de diferentes formas y unidades.

En la concentración g/L no debemos confundir con la densidad g/L ya que la concentración es la masa de soluto por unidad de volumen de disolución y la densidad es la masa total de la disolución por unidad de volumen.

¿Qué es una mezcla?

Una mezcla es una materia de composición variable, es decir una materia formada por dos o más sustancias puras que se pueden separar utilizando métodos físicos.

Las mezclas no tienen una fórmula química que las defina como por ejemplo la mezcla de agua y serrín.

¿Qué tipos de mezclas podemos encontrar?

En una mezcla las sustancias puras no se combinan químicamente por lo que cada una mantiene su identidad y propiedades químicas.

Según si se pueden distinguir o no los componentes de una mezcla, cabe distinguir entre:

• Mezclas heterogéneas: son aquellas en las que se pueden distinguir sus componentes a simple vista o con un microscópico óptico (ejem: agua + aceite).
• Mezclas homogéneas: son aquellas en las que a simple vista o con el microscópico óptico no se pueden distinguir sus componentes (ejem: agua + azúcar o el agua + sal, cuando cogemos agua del mar en un cubo no somos capaces de distinguir sus componentes, para ello tendríamos que utilizar algún método de separación de mezcla como la destilación).

Junto con las mezclas homogéneas y heterogéneas encontramos otras mezclas más particulares:

• Disolución acuosa: es una disolución en la que su componente mayoritario es el agua (ejem agua + sal).
• Aleación: es una mezcla homogénea de dos o más elementos de los cuales uno de ellos es un metal (ejem: una joya hecha de oro blanco).
• Coloide:es una mezcla formada por dos fases: una continua y otra dispersa (ejem: la gelatina donde la fase continua es sólida y la fase dispersa es líquida).

¿Cómo se clasifica la materia?

Se puede clasificar la materia de dos formas:

1.- Según su uniformidad distinguimos:

• Materia homogénea: aquella cuyos componentes no se pueden distinguir a simple vista como el agua pura.

• Materia heterogénea: aquella que a simple vista se pueden distinguir sus componentes como el granito.

En el granito se puede distinguir que el mismo es la mezcla de cuarzo, mica y feldespato.

2.- Según su composición distinguimos:

• Sustancias puras: aquellas que tienen una composición constante y no puede separarse en sustancias más sencillas mediante procedimientos físicos como el oro. 

• Las mezclas: aquellas que tienen una composición variable porque están compuestas por varias sustancias puras y se pueden separar en sustancias más sencillas mediante procedimientos físicos como la mezcla de agua y azúcar.

Las sustancias puras

Cómo hemos dicho antes las sustancias puras son aquellas que tienen una composición constante y no se pueden separar en sustancias más sencillas mediante procesos físicos.

Además de esto, las sustancias puras tienen unas propiedades características que son:

1. La temperatura de ebullición
2. La temperatura de fusión
3. Densidad

Podemos identificar una sustancia pura porque:

1. Están formadas por partículas iguales
2. Tienen una composición constante
3. Tienen propiedades características (las enumeradas anteriormente).
4. Por no poder separarse en sustancias más sencillas mediante procedimientos físicos.

Tipos de sustancias puras:

• Los elementos: son aquellas sustancias puras que no se pueden dividir en otras más sencillas. Son elementos todos los elementos químicos de la tabla periódico como por ejemplo el hierro (Fe).

• Los compuestos: son aquellas sustancias puras que se pueden dividir en otras más sencillas mediante procedimientos químicos. Esas sustancias están formadas por la unión dos o más elementos de la tabla periódica en proporciones fijas y tienen una fórmula química que describe los elementos que la forman y su cantidad. Por ejemplo el agua es una sustancia pura (H2O) que si la sometemos a electrolisis (proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la electricidad) podemos separar el oxígeno y el hidrógeno. 
  

¿Cómo se representan las sustancias puras?

A los elementos se les representa mediante un símbolo y a los compuestos mediante una fórmula química, por ejemplo:

Elementos      Símbolo                Compuestos                Fórmula química
Oro                Au                        Agua                           H2O
Calcio            Ca                        Sal común                   NaCl     
Hierro            Fe                        Monóxido de carbono   CO

¿Cómo es el modelo cinético-molecular de cada uno de los tres estados de la materia?

El modelo cinético-molecular de los 3 estados de la materia depende de cómo actúe sobre ellos la fuerza de cohesión, así podemos ver que:

- Modelo cinético-molecular del estado sólido:

La fuerzas de cohesión son muy altas por lo que las partículas están unidas entre sí y tienen una posición fija por lo que no pueden desplazarse.

Las características son:
- No se expanden
- No se comprimen
- Tienen volumen y formas constantes
- Densidad muy alta debido a que las partículas están muy unidas

- Modelo cinético-molecular del estado líquido:

Las fuerzas de cohesión y de repulsión son del mismo orden por lo que sus partículas pueden moverse pero sin separarse unas de otras. Esto hace que los líquidos se adapten a la forma del recipiente que los contiene.

Las características son:
- No se expanden
- Se comprimen con dificultad
- Tienen volumen constante y forma variable
- Densidad más baja que la de los sólidos por tener sus partículas más separadas.

- Modelo cinético-molecular del estado gaseoso:

Las fuerzas de atracción de las partículas es despreciable por lo que las mismas están muy separadas las unas de las otras teniendo libertada para desplazarse. Los choques de las partículas contra la pared del recipiente es el que causa la presión del gas.

Las características son:
- Se expanden
- Se comprimen
- Tienen volumen y forma variable
- Densidad muy baja por tener sus partículas totalmente separadas.

¿De qué depende el volumen que ocupa un gas?

El volumen que ocupa un gas depende de la temperatura, presión y volumen así:

- A temperatura constante: La presión del gas aumenta y su volumen disminuye.

- A presión constante: La temperatura aumenta y su volumen también.

- A volumen constante: La temperatura aumenta y la presión también.

Para medir la temperatura se utiliza el termómetro que mide el calor de un cuerpo y se mide en grados Kelvin (k) (nosotros usamos ºC).

Para medir la presión se utiliza el manómetro que mide la relación entre la fuerza que se realiza sobre un objeto y la superficie sobre la que se realiza. Se mide en Pascales (Pa).

Para medir el volumen se calcula el volumen del recipiente que lo contiene e indica el espacio que ocupa un determinado material. Se mide en metros cúbicos (m3).

¿Cómo se producen los cambios de estado?

Se llama cambio de estado al paso de un estado de la materia a otro.

Podemos distinguir los siguientes cambios de estado:

• DE SÓLIDO A LÍQUIDO: Se denomina fusión  y se produce cuando se aumenta la temperatura del sólido.
• DE LÍQUIDO A SÓLIDO: Se denomina solidificación y se produce cuando se disminuye la temperatura del líquido.
• DE LÍQUIDO A GAS: Se denomina vaporización y se produce cuando se aumenta la temperatura de un líquido.
• DE GAS A LÍQUIDO: Se denomina condensación y se produce cuando se disminuye la temperatura de un gas.
• DE SÓLIDO A GAS: Se denomina sublimación.
• DE GAS A SÓLIDO: Se denomina sublimación inversa.

Los anteriores cambios de estado se producen a una temperatura característica de cada sustancia y se denomina:

- Temperatura o punto de fusión para el paso de sólido a líquido y de líquido a sólido. En el agua el punto de fusión es de 0ºC.
- Temperatura o punto de ebullición para el paso de líquido a gas y gas a líquido.En el agua el punto de ebullición es de 100ºC.