| Subtemas | ||
| Concepto de materia. | Estados de la materia. | Propiedades de la materia. |
| Cambios en la materia. | Concepto de energía. | Teoría cinética molecular. |
Materia: es todo lo que ocupa un lugar en el universo
Al examinar los cuerpos que nos rodean, parece ser algo homogéneo y pareciera que es continuo; pero cuando por alguna causa, los cuerpos son fragmentados descubrimos que esa supuesta continuidad no es real. Se dice que todos los cuerpos están formados de materia pero, desde la antigüedad, han estado presentes las preguntas ¿Qué es la materia?, ¿De que esta formada la materia?, etc. preguntas que en la actualidad no tienen un respuesta satisfactoria pero que evidentemente, gracias al gran desarrollo de las ciencias, se ha logrado una mejor comprensión y solución a los problemas generados por esas preguntas.
Grandes pensadores se han ocupado de tratar de contestar esas preguntas, entre los cuales tienen un gran mérito los griegos; Demócrito fue el primero en utilizar el termino de átomo para referirse a la porción más pequeña de materia que posee características propias.
El concepto de Demócrito persistió durante mucho tiempo aunque con muy poca fuerza, entonces a finales del siglo XVII con el surgimiento de la Química moderna se volvió a la investigación de la materia y se reconoció la existencia de distintos tipos de sustancias, en realidad se manejaba la existencia de dos tipos de sustancias:
Compuestos: aquellas que podían descomponerse en otras mas simples.
Elementos: aquellas sustancias que no se descomponían en otras.
Entonces el concepto de átomo vuelve a tener fuerza y se establecen las teorías atómicas sobre la estructura interna de la materia.
Modelo Atómico de DALTON
John Dalton desarrollo la primera teoría moderna sobre la estructura de la materia en la que mencionaba que los átomos eran las partículas más pequeñas de los elementos y que las moléculas son las partículas más pequeñas de los compuestos. .
Su teoría se puede resumir en los siguientes postulados.
Toda la materia esta constituida de pequeñas partículas indestructibles denominadas átomos.
Los átomos de un determinado elemento son todos iguales.
En una reacción química algunos átomos se unen a otros y algunas uniones se deshacen , pero los átomos permanece inalterados.
Cuando los átomos se unen para formar moléculas siempre lo hacen en relaciones enteras pequeñas.
El modelo de Dalton explicaba los fenómenos conocidos en su época, pero con el descubrimiento de Thomson, se requería de un modelo más completo y entonces surge la idea de que el átomo no era indivisible como en un principio se pensó. Antes de finalizar el siglo XIX, Joseph John Thomson después de varios años de investigación anuncia el descubrimiento de una partícula con carga eléctrica negativa y establece su modelo sobre la estructura de la materia.
Modelo Atómico de THOMSON
Elaboró un modelo atómico tomando en cuenta la existencia de los electrones, éste modelo se puede describir de la manera siguiente:
El átomo se encuentra constituido por electrones (que poseen carga eléctrica negativa) y se encuentran en diferentes capas concéntricas alrededor de una esfera que cuenta con carga eléctrica positiva.
La existencia de la esfera positiva es debido a que los átomos son neutros eléctricamente.
El modelo de Thomson explicaba el comportamiento de la materia y justificaba la existencia de la evidencia experimental con las características periódicas de los elementos, pero hubo un fenómeno que provoco cambios en el modelo propuesto por J.J. Thomson: La radiactividad.
El fenómeno de la radiactividad descubierta por Becquerel en los compuestos de uranio fue después confirmado por el descubrimiento de otras sustancias que también eran radiactivas, estas sustancias eran elementos nuevos a los cuales se les dio el nombre de Polonio y el Radio; y fueron descubiertas por Pierre y Marie Curie.
En poco tiempo, los estudios sobre la radiactividad y con campos eléctricos confirmaron la existencia de tres tipos de radiación:
Rayos alfa ( a ), que se desviaba ligeramente hacia un lado ( lado negativo ).
Rayos beta ( b ), que se desvía al lado opuesto .
Rayos gamma ( g ), que no eran desviados por el campo eléctrico.
Después del experimento en el cual se obtenía la dispersión de partículas alfa, Ernest Rutherford propuso un modelo atómico más complejo y que consideraba la evidencia experimental. El experimento consistía en lanzar un haz de partículas alfa a través de una delgada lamina de metal, entonces se observo que la inmensa mayoría de las partículas alfa la atravesaban en línea recta, pero también se encontró que algunas partículas presentaban una desviación de 90° y algunas otras de presentaban una desviación mayor. Analizando la evidencia experimental, Rutherford elaboró su modelo sobre la estructura del átomo, que entonces dejaba de ser la partícula indivisible que Demócrito y Dalton habían imaginado.
Modelo Atómico de RUTHERFORD
El modelo atómico de Rutherford se puede resumir en los siguientes términos:
Existe un enorme espacio vacío en el interior de los átomos (debido a que la inmensa mayoría de las partículas alfa atravesaban la lamina de metal sin sufrir desviación).
Una diminuta parte del átomo debería de contener una gran cantidad de masa y además poseer carga eléctrica positiva.
Los electrones tenían poca masa y carga contraria, por lo que no podían causar desviaciones tan grandes.
Después de una gran investigación se descubrió que el átomo tenía un núcleo central en el cual estaba concentrada toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo, entonces a esto se le denominó núcleo atómico.
Los electrones giran alrededor del núcleo atómico como si fueran satélites y describiendo diferentes trayectorias, pero sin definirlas.
El modelo anterior justificaba gran parte de la evidencia experimental existente a principios del siglo XX, pero entonces surgió una complicación: la existencia de los espectros de emisión de los átomos que proporcionaban información sobre el estado energético de los electrones.
En 1913 Niels Bohr propuso un modelo atómico que estaba acorde con la estructura atómica descrita por Rutherford y además justificaba los espectros de emisión de los átomos, dando una explicación compleja de la ubicación de los electrones en el átomo.
Modelo Atómico de BOHR
El modelo atómico de Bohr puede resumirse en:
Los electrones giran alrededor del núcleo y se mueven en determinados y definidos niveles de energía, es decir, los niveles de energía electrónica se encuentran cuantificados.
Un átomo no emite ni absorbe energía mientras sus electrones se mantengan en sus respectivas órbitas estacionarias. Si un átomo es excitado, es decir absorbe energía; algún electrón pasa a otro nivel de mayor energía , sí un átomo emite energía es debido a que algún electrón pasa a un nivel energético menor. Estableciendo que los electrones no pueden estar entre dos niveles energéticos.
Sólidos
Es el estado de la materia en donde los átomos se encuentran muy cerca unos de otros, y no poseen una gran libertad de movimiento debido a que están fuertemente unidos, su característica más importante es que poseen una forma definida y su espacio no puede se ocupado por otro cuerpo.
Líquidos
En los líquidos, los átomos y las moléculas cuentan con una distancia mayor entre ellos comparativamente con los sólidos y tienen una cierta libertad de movimiento. Su característica principal es que NO tienen una forma definida y requieren de un recipiente que los contenga, obviamente toman la forma del recipiente que los contiene.
Gases
En este estado de la materia los átomos y las moléculas poseen una total libertad de movimiento, por lo que se requiere de un recipiente completamente cerrado para mantenerlos en un espacio definido, no poseen ninguna forma.
Existe otra forma de la materia que algunos manejan como cuarto estado de la materia, se refiere a lo que se denomina PLASMA que en realidad es un gas cuyas partículas que lo forman se encuentran completamente libres y con un alto contenido energético, estando los átomos no como tales sino que las partículas atómicas están libres completamente.
Todas las sustancia poseen un conjunto de propiedades que las distinguen de las demás. Existen dos tipos de propiedades a saber:
PROPIEDADES INTRINSECAS.
Son aquellas cualidades características de cualquier sustancia con independencia del tamaño o forma de la muestra. Por ejemplo el color, el sabor, el olor, etc. Estas se clasifican en dos grupos: Físicas y Químicas.
* Propiedades Físicas
Son el conjunto de propiedades intrínsecas especialmente útiles para describir las sustancias, que podemos clasificar en dos grandes grupos:
I.- Cuantificables: aquellas a las que se les puede asignar un valor numérico como son el punto de ebullición, la densidad, la dureza, el punto de fusión, etc.
II.- No Cuantificables: aquellas a las que difícilmente se les puede asignar un valor numérico, como son el olor, el sabor, la trasparencia, etc.
* Propiedades químicas
Aquellas propiedades de las sustancia que se refieren a la tendencia a cambiar por sí solas o por la interacción con otras sustancias, por ejemplo es característico de los alcoholes el arder, la oxidación de los compuestos formados de hierro, la putrefacción de la madera etc.
PROPIEDADES EXTRINSECAS
Son las cualidades que NO son características de la sustancia de por sí . Por ejemplo el tamaño, la forma, la longitud, el peso, y la temperatura.
Todas las sustancias que nos rodean se encuentran en constante cambio, al observar estos cambios los podemos clasificar en dos tipos:
* Cambios químicos
Son aquellos en los desaparecen sustancias y aparecen otras sustancias nuevas con otras propiedades, por ejemplo cuando se quema el gas natural y obtenemos dióxido de carbono y calor; los cambios químicos también se denominan reacciones químicas.
*Cambios físicos
Aquel que sólo provoca un cambio en la apariencia física de la sustancia o un cambio en su estado físico, por ejemplo cuando se calienta el hielo, se funde; pero continua siendo agua, o también cuando se muele cierta cantidad de arena hasta obtener un polvo muy fino. Sin embargo, debe aclararse que también en los cambios físicos cambian algunas propiedades y existe un intercambio de energía.
ENERGIA.- Es la capacidad que tienen los cuerpos para realizar un trabajo.
Aunque la definición anterior e sencilla , su concepto puede presentar problemas , pues la energía se puede presentar en muy diversas formas , como se muestra en el siguiente diagrama
La teoría cinética molecular nos brinda una idea clara de como los cambios de temperatura, volumen y presión afectan las moléculas y como pasan de un estado de la materia a otro, existen otras cosas que sabemos respecto a las moléculas.
En verdad las moléculas son componentes muy poco comunes, pues constantemente están en movimiento, en la temperatura teórica de cero absoluto (273.16º C).
La teoría cinética molecular brinda una explicación perfectamente natural de muchos fenómenos que en algún momento se consideran misteriosos.
Según esa teoría las moléculas de un gas dentro de un recipiente están chocando continuamente entre sí y también contra las paredes del mismo.
El efecto de este movimiento constante de las moléculas examinando humo a travez del microscopio, la velocidad de una dependerá de la temperatura también se vera afectada con los choques con otras.
Las moléculas de mayor masa (pesadas) se desplazan más lentamente que las moléculas de menor masa (livianas) a la misma temperatura.