Concepto, Propiedades y Clasificación de la Materia

Materia: Todo aquello que tiene masa y volumen. Es lo que forma la parte sensible de los objetos palpables o detectables por medios físicos.

• Cuerpo o sistema material: Porción limitada de materia.
• Sustancia: Cada una de las clases de materia existentes.

Propiedades de la Materia

Propiedades generales: Comunes a todas las sustancias.

• Masa: Cantidad de materia que tiene un objeto (Unidades: g, kg).
• Volumen: Espacio que ocupa un objeto (Unidades: L, m³).

Propiedades específicas: Permiten diferenciar las distintas sustancias.

• Densidad: d = m/V (Unidades: kg/L; g/mL).
• Otras: Dureza, resistencia, transparencia, sabor, olor, color, textura, fragilidad, temperatura de fusión, temperatura de ebullición.

Propiedades físicas: Pueden ser observadas o medidas sin que ocurra cambio en la composición de la sustancia. Un cambio físico altera alguna propiedad física.

Propiedades químicas: Dependen de la composición de la sustancia y de su facilidad para reaccionar, formando nuevas sustancias con propiedades diferentes. Un cambio químico altera la composición química de la sustancia y se forma una nueva (reacción química).

Clasificación de la Materia

• Sustancias puras: Constituidas por una sola clase de materia. No pueden separarse en otras sustancias diferentes. Tienen una composición y propiedades características constantes.
  • Elementos o sustancias simples.
  • Compuestos (formados por 2 o más clases de elementos diferentes combinados en proporciones fijas).
• Mezclas: Combinaciones de sustancias puras llamadas componentes (formadas por dos o más sustancias puras combinadas en proporciones variables).
  • Mezclas heterogéneas: Se pueden distinguir sus componentes y pueden separarse fácilmente.
  • Mezclas homogéneas o disoluciones: No se pueden distinguir sus componentes ni pueden separarse fácilmente.

Diferencias entre Mezclas y Compuestos

Métodos de Separación de Mezclas

Mezclas Heterogéneas

• Filtración: Permite separar mezclas heterogéneas (sólido-líquido) mediante filtros. El papel retiene la parte sólida y separa la líquida.
• Tamizado: Se emplea un tamiz (colador). Los granos pequeños pasan a través del tamiz y los grandes quedan retenidos.
• Magnetismo: Permite separar con un imán un componente de una mezcla de material magnético de otro que no lo es.
• Decantación: Se usa para separar dos líquidos con diferentes densidades o un sólido insoluble en un líquido (ej: aceite y agua).
• Centrifugación: Se utiliza una centrifugadora con movimiento constante de rotación para que las partículas de mayor densidad vayan al fondo.

Mezclas Homogéneas

• Cristalización: Separación de un sólido soluble en un líquido (ej: separar la sal del agua de mar). El disolvente se evapora y las partículas del sólido se unen formando cristales.
• Destilación: Permite separar líquidos aprovechando sus diferentes puntos de ebullición.
• Cromatografía: Se basa en las diferentes velocidades de desplazamiento de los componentes en un medio estacionario (ej: papel absorbente).

Estados de Agregación de la Materia

Son consecuencia de los tipos de enlace y de las fuerzas intermoleculares.

Sólido (sublimación, deposición) Gaseoso (condensación, vaporización) Líquido (solidificación, fusión)

Constitución y Estructura de la Materia

• Demócrito: La materia está formada por pequeñas partículas indivisibles.
• Aristóteles: Teoría de los cuatro elementos: toda la materia estaría formada por la combinación de fuego, aire, agua y tierra. Las distintas propiedades se deben a las diferentes proporciones de estos elementos.

Conceptos Fundamentales

• Átomo: Partícula más pequeña que puede existir de un elemento.
• Elemento: Sustancia pura formada por un único tipo de átomos.
• Molécula: Partícula más pequeña que puede existir de un compuesto. Grupo de átomos enlazados eléctricamente neutro.
• Compuesto: Sustancia pura formada por un único tipo de moléculas. Sustancia formada por varios elementos distintos en una proporción determinada.
• Ion: Átomo o grupo de átomos eléctricamente cargado. Clases:
  • Cationes (carga positiva).
  • Aniones (carga negativa).

Estructura Atómica

El átomo se compone de un núcleo (protones y neutrones) y una corteza (electrones). Los electrones que intervienen en las reacciones químicas son los de la última capa: electrones de valencia.

Modelos Atómicos

• Dalton (1800): Átomo indivisible.
• Thomson (1897): Átomo como esfera compacta con los electrones incrustados (descubrimiento de partículas subatómicas).
• Rutherford (1911): Átomos constituidos por un pequeño núcleo positivo y los electrones giran a su alrededor.
• Bohr (1913): Los electrones giran en órbitas esféricas cuantizadas (números cuánticos).
• Sommerfield: Orbitales con diferentes formas y orientaciones.
• Modelo mecanocuántico (1927): Ecuación de Schrödinger, funciones de onda y probabilidad.

Números Atómicos y Másicos

• Número atómico (Z): Número de protones en el núcleo. Z = np = ne (en los elementos neutros). Caracteriza un elemento.
• Número másico (A): Número de protones más número de neutrones. A = np + nn.
• Nombre del elemento: Cobre, oro, etc.
• Símbolo del elemento: Cu, Au, etc.
• Masa atómica (M): Masa de un átomo de un elemento.
• Masa molecular (M): Masa de una molécula de un compuesto.

Isótopos y Radiactividad

• Isótopos: Átomos de un elemento con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.
• Abundancia isotópica: La masa atómica de un elemento se considera la media aritmética de las masas de cada uno de sus isótopos considerando su abundancia en la naturaleza.
• Radiactividad: Propiedad que tienen algunos núcleos atómicos de emitir radiaciones cuando se desintegran. Fenómeno físico consistente en la emisión de partículas o radiaciones, o de ambas a la vez, procedentes de la desintegración del átomo. Puede ser ionizante o no ionizante. La radiación ionizante propaga energía suficiente para ionizar la materia y produce iones.
• Tipos de radiación: Alfa, beta y gamma.
• Aplicaciones: Datación con Carbono 14 (se mide la cantidad de ¹⁴C que queda en el material para datar el momento de la muerte del organismo).

Mol y Número de Avogadro

• Mol: Cantidad de sustancia que tiene una masa en gramos igual a la masa atómica o molecular (M) de dicho elemento o compuesto.
• Número de Avogadro (N_A): Cantidad de átomos o moléculas contenida en un mol de sustancia.
• Masa molar: Masa en gramos de 1 mol de sus átomos o de sus moléculas (Unidades: g/mol).

El número de moles se calcula utilizando el valor de la masa atómica o molecular.

Configuración Electrónica

Forma en la que están distribuidos los electrones de un átomo en sus orbitales atómicos. Los orbitales atómicos se definen mediante números cuánticos. Los orbitales se llenan de electrones en orden creciente de energía.

Tabla Periódica

• Tabla periódica de Mendeleyev: Ordenación en orden creciente de masas atómicas y periodicidad de algunas propiedades de los elementos.
• Sistema periódico actual: Orden creciente de número atómico (Z) y periodicidad de propiedades atómicas.