LA MATERIA Y SU COMPOSICIÓN

¿Qué es la materia? 

Con palabras sencillas, podemos decir que materia es todo lo que existe, ocupa un espacio y se puede pesa. Materia son los cuerpos que vemos, tocamos, medimos, etc. De una forma mas rigurosa, materia se define como:

Materia es todo lo que existe, tiene masa y volumen.

La masa y el volumen son dos propiedades fundamentales de la materia que estudiaremos en este tema.

Si pudiéramos ver los cuerpos materiales con un microscopio muy potente, veríamos que todos los cuerpos están formados por unas pequeñas partículas llamadas átomos.

Hay átomos de diferentes tipos. Los átomos se pueden diferenciar entre si por su masa (unos pesan mas que otros), por su tamaño  (unos son mayores que otros) y por la forma que tienen de unirse a otros átomos.

Todos los cuerpos materiales están formados por unas partículas llamadas átomos.

Unión de átomos

Los átomos pueden unirse entre sí, formando compuestos. Estos átomos que se unen pueden ser iguales o distintos. Cuando los átomos se unen se dice que forman enlaces.

La fuerza con la que se unen los átomos depende del tipo o naturaleza de los átomos que se unen.

Hay átomos que se atraen entre si con mucha fuerza y se unen muy fuertemente y otros que prácticamente no se atraen nada y no se unen.

Los átomos dependiendo de su naturaleza pueden unirse entre sí formando enlaces.

Temperatura

Intuitivamente asociamos la temperatura de un cuerpo a si éste está caliente o frío. La pregunta es: ¿qué diferencia hay entre un cuerpo con mas temperatura que otro con menos?

Si mirásemos las partículas o átomos que componen un cuerpo, veríamos que estas se mueven y se mueven mas rápido cuando mayor es la temperatura del cuerpo y viceversa. Si las partículas ganan energía aumenta la temperatura y si la pierden baja.

La temperatura esta directamente relacionada con la rapidez (velocidad) o energía que tienen los átomos o partículas que componen los cuerpos. 

El aparato mas utilizado para medir la temperatura es el termómetro.

Teoría cinética de la materia

Los cuerpos están formados por átomos, que pueden unirse entre si, tienen energía y están en movimiento. Que los átomos estén unidos o separados entre si depende de dos factores:

1. De la fuerza con la que los átomos se atraen, que depende del tipo de átomos que se unen.
2. de la temperatura o energía que poseen los átomos. Si los átomos se mueven mas rápido (mas temperatura) sera mas fácil que se separen que si se mueven mas lentos (menos temperatura) 

Que los átomos estén unidos entre si depende del tipo de átomos y de la temperatura. Por eso las sustancias están en estado solido, liquido o gaseoso.

ESTADOS DE LA MATERIA

Gaseoso:

Las partículas de los gases se atraen muy poco entre si y están separadas.

La estructura microscópica de los gases explica que presenten las siguientes propiedades: su forma y su volumen es la del recipiente que los contiene. Se pueden comprimir (reducir o aumentar su tamaño). Pueden fluir (viajar de un sitio a otro deslizándose por el medio). Los gases ejercen presión (fuerza sobre las paredes del recipiente que los contienen).

Las temperaturas altas favorecen que las sustancias estén en estado gaseoso.

Sólido:

Las partículas de los sólidos se atraen con mucha fuerza entre sí y están fuertemente unidas.

La estructura microscópica de los sólidos explica que presenten las siguientes propiedades: su forma y su volumen son fijos, no varían. Son incompresibles (no se reducen al ser presionados). No fluyen. Los sólidos ejercen presión solo sobre los cuerpos que están apoyados en el. 

Las temperaturas bajas favorecen que las sustancias estén en estado solido. 

Líquido:

Las partículas de los líquidos se atraen con fuerza intermedia entre si y las partículas están unidas pero se mueven o deslizan unas con respecto de otras.

La estructura microscópica de los líquidos explica que presenten las siguientes propiedades: su forma es la del recipiente que lo contiene y su volumen es fijo, no varia. Son incompresibles (no se reducen al ser presionados). Pueden fluir. Los líquidos ejercen presión sobre las paredes de los recipientes que los contienen. Las temperaturas intermedias favorecen que las sustancias estén en estado liquido.

PROPIEDADES DE LA MATERIA

Masa:

Todos los cuerpos tienen masa. Una definición de la masa es: "cantidad de materia que tiene cuerpo".

Otra manera mas intuitiva de definir la masa es: la masa de un cuerpo se relaciona directamente  con la cantidad de átomos o partículas que contiene. Cuantos mas átomos mas masa y viceversa.

La masa de un cuerpo mide la cantidad de átomos o partículas que contiene.

Nota: también depende del tipo de átomo ya que unos átomos tienen mas masa que otros. 

Volumen:

Volumen es el espacio que ocupa un cuerpo.

Todos los cuerpos que existe tienen volumen, ya que ocupan un lugar en el espacio. El volumen de un cuerpo es el que ocupan los átomos que lo componen mas el espacio entre ellos (espacio interatómico).

El espacio ocupado por un cuerpo no puede ser ocupado por otro cuerpo a la vez (principio de impenetrabilidad de los cuerpos).

Densidad:

Hemos visto que todos los cuerpos tienen masa y volumen, es decir que están formados por átomos que ocupan un espacio.

A la división entre la masa y el volumen de un cuerpo se le llama densidad, d=m/v.

Los átomos de un cuerpo pueden estar mas o menos juntos, es decir, en un mismo espacio puede haber  mas o menos átomos. Un cuerpo denso es aquel que tiene mucho átomos es un espacio determinado, es decir, los átomos esta muy juntos. Mientras si hay mucho espacio entre ellos sera poco denso. 

Otras propiedades de la materia:

Los cuerpos materiales tienen otras muchas propiedades. A continuación comentaremos algunas de ellas a modo de ejemplo: 

• Dureza. Indica si es fácil o difícil de rayar.
• Indice de refracción. Indica si hay luz y las ondas viajan amas o menos rápido en el interior de un cuerpo.
• Calor especifico. Indica si hay que dar mas o menos energía para calentar o entrar el cuerpo.
• Conductividad eléctrica y térmica. Indica si el calor y la electricidad pasan o no con facilidad a través del cuerpo.

DIMENSIONES Y UNIDADES

Dimensiones de los cuerpos:

En el espacio que conocemos hay tres dimensiones llamadas: ancho, largo y alto.

Todos los cuerpos son tridimensionales (3 dimensiones), por ejemplo: un balón, una silla, un coche, etc.

Sin embargo, hay cuerpos que tienen una dimensión mucho mas pequeña que las otras dos. Son cuerpos bidimensionales. Por ejemplo, un folio o un mantel son muy finos y en la practica se tienen en cuenta dos dimensiones: ancho y largo.

Hay cuerpos, como por ejemplo un hijo o una cuerda, en los que predomina una sola dimensión, son cuerpos unidimensionales.

Cambios de estado:

Hemos visto que el estado de una sustancia depende de dos factores: naturaleza de la sustancia (de ella depende de la fuerza de unión entre sus átomos) y temperatura (de ella depende la energía o rapidez con la que se mueven los átomos)

Las partículas de los gases se mueven libremente y se mueven mas rápido cuanto mayor sea la temperatura. La atracción entre partículas es débil.

Un cuerpo en estado solido al que se aumenta su temperatura hace que sus partículas se muevan mas rápido hasta que se separan y pasa a estado liquido o gaseosos. Lo contrario pasa si se baja la temperatura, las partículas tendrán menos energía y tenderán a estar en estado liquido o solido.

Las temperaturas intermedias favorecen que las sustancias estén en estado liquido.

Magnitud, medida y unidades:

Magnitud es cualquier propiedad (del universo) que se puede medir o calcular de alguna forma. Ejemplos: tiempo, masas, fuerza, longitud, velocidad, aceleración, etc.

Medida es el resultado de comparar dos magnitudes de la misma naturaleza.
Ejemplo: cuando se mide el tiempo se compara lo que tarda en ocurrir algo con lo que tardan las agujas del reloj en dar las vueltas, estoy comparando un tiempo (fenómeno) con otro (reloj).

Unidad de medida, cantidad de una determinada magnitud que se toma como referencia. Actualmente las establece el Sistema Internacional de unidades (S.I)
Ejemplo: la unidad de tiempo es el segundo, por tanto comparo lo que tarda cualquier fenómeno con el segundo.

Sistema Internacional (SI):

El Sistema Internacional es un sistema de unidades establecido por una conferencia internacional.
El SI también se llama "sistema métrico" y fue creado en 1960. La gran mayoría de los países utiliza este sistema de unidades.

El SI ha establecido siete magnitudes como fundamentales o básicas. Todas las demás son derivadas y utilizan a las fundamentales para definirse.

El SI asigna una magnitud a cada unidad. También establece las equivalencias entre las unidades del SI y otras unidades de la misma magnitud.

Conversión de unidades:

Las unidades pueden tener múltiplos o submúltiplos que son prefijos que se colocan delante de la unidad y que la multiplican o dividen respectivamente por la unidad seguida de ceros.
Ejemplo: un kilómetro son mil metro (kilo multiplica por mil al metro).
Una misma magnitud puede medirse con distintas unidades, una de ellas es elegida por el SI y las otras no, pero tienen una equivalencia entre ellas. Ejemplo: metros y millas. Ambos miden longitud, pero el metro es la unidad del SI.
Para convertir unas unidades en otras , o para cambiar entre los múltiplos y submúltiplos de una misma unidad, se pueden usar: multiplicación o división por la unidad seguida de ceros, las reglas de tres, formulas y los factores de conversión.

EPíLOGO

MASA

Masa: Cantidad de materia que tiene un cuerpo.

Tipo de Magnitud: fundamental.

Unidad SI: Kilogramo (kg)

Instrumentos de medida: balanza, báscula, granatario, peso...

Otras unidades: libra onza, UTM, arroba, quintal, grano, tonelada...

Ejemplo: 2kg, la longitud medida es la masa en la unidad kilogramos. La cantidad medida es 2 (hay 2 veces un kilogramo). Se ha medido con una balanza.

LONGITUD

Longitud: distancia entre dos puntos.

Tipo de magnitud: fundamental. 

Unidad SI: metro (m).

Instrumentos de medida: cinta métrica, regla de medir, técnica láser...

Otras unidades: yarda, milla marina, milla terrestre, pie, cuarta, codo...

Ejemplo: 5m, la magnitud medida es la longitud en la unidad metros, la cantidad medida es 5 (hay 5 veces un metro). Se ha medido con una cinta métrica.

TIEMPO

Tiempo: Duración de un fenómeno.

Tipo de magnitud: fundamental.

Unidad SI: segundo (s)

Instrumentos de medida: cronometro, reloj digital, reloj de arena, clepsidra...

Otras unidades:  minuto, hora, día, mes, año, cron, eón...

Ejemplo: 8m, la magnitud medida es el tiempo en la unidad segundos, la cantidad medida es 8 (hay 8 veces un segundo). Se ha medido con un cronómetro.

TEMPERATURA

Temperatura: Medida de la cantidad de energía de las partículas de un cuerpo.
Tipo de magnitud: fundamental.
Unidad SI: Kelvin (k)
Instrumentos de medida: termómetro, termopar, resistencia eléctrica...

Ejemplo: 8m, la magnitud medida es el tiempo en la unidad segundos. La cantidad medida es 8 (hay 8 veces un segundo). Se ha medido con un cronometro. 

SUPERFICIE

Superficie: Espacio bidimensional que ocupa un cuerpo.
Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: metro cuadrado (m2)
Medida: superficie = longitud1 x longitud2
Otras unidades: área, acre, milla cuadrada, rood...

Ejemplo: 2m² la magnitud medida es la superficie en la unidad metro cuadrado. La cantidad media es 2 (hay 2 veces un metro cuadrado). Se ha medido con una fórmula (largo por ancho)

VOLUMEN

Volumen: Espacio tridimensional que ocupa un cuerpo.

Tipo de magnitud: derivada.

Unidad SI: metro cúbico.

Medida: volumen = longitud1 x longitud2 x longitud3. Probeta, pipeta, bureta, matraz, aforado...

Otras unidades: litro, barril, pinta, galón, gota, taza...

Ejemplo: 3m³ la magnitud medida es el volumen en la unidad metro cúbico, la cantidad medida es 3 (hay 3 veces un metro cúbico). Se ha medido con una fórmula (largo por ancho por alto)

DENSIDAD

Densidad: relación entre la masa que tiene un cuerpo y el espacio que éste ocupa.

Tipo de magnitud: derivada.
Unidad SI: kilogramo/metro cúbico
Medida: densidad = masa/volumen. Densímetro, pecnómetro, balanza hidrostática...
Otras unidades: gramos por milímetro, onza por pulgadada cúbica, 

Ejemplo: 6kg/m³. La magnitud medida es la densidad en la unidad kilogramo por metro cúbico. La cantidad medida es 6 (hay 6 veces un kilogramo en un metro cúbico). Se ha medido con un densímetro.