Espacio curricular físico química 3º 2a Año “La materia como sistema de estudio” profesora cecilia ferrante




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Espacio Curricular Físico - Química

3° 2a E.M.E.M N° 1 D.E. 16

Profesora Cecilia Ferrante

Guía: La Materia como sistema de estudio


GUÍA DE ACTIVIDADES

ESPACIO CURRICULAR FÍSICO - QUÍMICA


3º 2a Año



La materia como sistema de estudio”

PROFESORA CECILIA FERRANTE


MATERIA Y CAMBIOS DE ESTADO


  1. Materia. Cuerpo

La Química estudia la materia y sus modificaciones. Puede definirse la materia como aquello que constituye los cuerpos. Y llamamos cuerpo a algo que tiene masa, ocupa un lugar en el espacio y es perceptible por nuestros sentidos.

Esta guía que estás leyendo es un …………………….. . En efecto, tiene un cierto peso y, por lo tanto, tiene …………… .

Es evidente que también esta guía ocupa un ………………. en el …………………. : en el mismo lugar donde está la guía no puedes introducir simultáneamente, por ejemplo, un cuaderno.

Y también puedes verla y tocarla, lo cual demuestra que es ………………….. por los ……………………. .

Aquello que constituye este cuerpo, la guía, es una clase de materia que denominamos papel.

Menciona algunos otros cuerpos que observas a tu alrededor:……………………………….. …………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Nombra las clases de materia que constituyen a algunos de ellos:…………………………… …………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………


  1. Propiedades de la materia: propiedades extensivas e intensivas

Podemos mencionar dos clases de propiedades de la materia: propiedades extensivas e intensivas.

Llamamos propiedades extensivas a aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada.

El peso de una tiza es menor que el peso de varias tizas de igual tamaño. Es evidente que el peso depende de la cantidad de material y es, por lo tanto, una propiedad ……………… . La masa es también un ejemplo de propiedad ………………….. .

En cambio, llamamos propiedad intensiva a aquella que no depende de la cantidad de materia considerada.

La densidad del agua contenida en un vaso es igual a 1 g/cm3, la del agua contenida en un balde es también …………. . La densidad, por consiguiente, no depende de la cantidad de materia considerada y es una propiedad …………………. .

En forma similar, la temperatura a la cual un cubito de hielo pasa al estado líquido es 0°C. En otros términos, el punto de fusión de un cubito de hielo es …………. . Y el punto de una barra de hielo es también ………….. . Otro ejemplo de propiedad ……………….. es, por lo tanto, el ……………. de …………...

Completa el siguiente cuadro:


Propiedades:

Ejemplos:




Volumen, masa, peso




Densidad, peso específico, punto de fusión, punto de ebullición




  1. Estados físicos de la materia

Observa una hoja de papel, el agua contenida en un vaso, el aire que contiene un globo. Pueden ejemplificar los tres estados físicos de la materia, llamados también estados de agregación de la materia. Ellos son: ……………………………, ………………………………. y gaseoso.

Observa las diferencias en sus propiedades.

El sólido (la hoja de papel) tiene forma y volumen propio. En efecto, si la trasladamos de un lugar a otro, su forma y su volumen no varían.

El líquido (el agua contenida en un vaso) tiene volumen propio pero adopta la forma del recipiente que lo contiene. En efecto, si lo transferimos a un frasco o a una copa, tomará la forma de estos recipientes. Pero el volumen que ocupa, que podemos expresar, por ejemplo, en cm3, no sufrirá alteraciones.

El gas, en cambio, toma la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. En efecto, puedes deformar fácilmente el aire contenido en un globo. En forma análoga, el aire que contiene un neumático de automóvil, al moverse el vehículo, permanentemente se deforma. Y si dejamos escapar el aire contenido en un globo, dicho gas se distribuirá en toda la habitación. En otros términos, los gases no tienen forma ni volumen propios.

Pero para comprender el distinto comportamiento de la materia según se encuentre en estado sólido, líquido o gaseoso, podemos aplicar el modelo cinético molecular.

El modelo cinético molecular nos explica que muchas clases de materia están constituidas por partículas extraordinariamente pequeñas que llamamos moléculas.

Así, son moléculas las partículas extraordinariamente pequeñas de celulosa, el principal constituyente de la hoja de papel. También el agua o el aire están formados por moléculas.

Y podemos explicar ahora el porque de las distintas propiedades de sólidos, líquidos y gases.

En un sólido molecular las moléculas se mueven alrededor de su posición de equilibrio. Lo hacen con movimientos de vibración. Pero la velocidad de las moléculas que constituyen el sólido, a la temperatura a la cual éste se encuentra, no es suficiente para vencer a las fuerzas de atracción entre las moléculas vecinas. Por eso, dichas moléculas se mantienen en las mismas posiciones, unas respecto de otras. Y el sólido no cambia de forma ni de volumen. Los sólidos tienen forma y volumen propios.

En un líquido, en cambio, las moléculas se mueven con movimiento de traslación y van cambiando permanentemente de moléculas vecinas. La energía cinética de las moléculas y, por lo tanto, su velocidad, es suficiente para equilibrar a las fuerzas de atracción entre ellas. Por consiguiente, el líquido toma la forma del recipiente que lo contiene. Pero mantiene su volumen constante mientras no se modifique la temperatura.

En el gas, en cambio, las moléculas se encuentran comparativamente mucho más separadas que en el sólido y que en el líquido. Las fuerzas de atracción entre moléculas han sido vencidas por la energía cinética de las mismas. Consiguientemente, las moléculas se mueven en todas direcciones chocando entre sí y contra las paredes del recipiente que las contiene. Por eso, el gas tiende a ocupar todo el recipiente. El gas no tiene ni forma ni volumen propio.

Tienes ahora una imagen, una idea, un modelo físico de qué es un sólido, un líquido, un gas. Ese modelo te explica el porqué de muchas propiedades. Vincúlalo con los conceptos sobre el modelo cinético molecular para analizar las siguientes preguntas:

  • ¿Por qué un vaso de agua no puede estar caliente en una zona y helado en otra?

  • ¿Por qué puedo oler el perfume de una flor?




  1. Cambios de estado

Cuando un cuerpo pasa de un estado de agregación a otro decimos que se ha producido un cambio de estado.

Los cambios de estado reciben distintos nombres: realiza un cuadro ilustrando los diferentes cambios de estado:

De acuerdo con el cuadro:

Se llama fusión al pasaje del estado sólido al ……………………… . Por eso cuando un trozo de hielo se transforma en agua líquida decimos que se ha producido su …………………. . Anteriormente dijimos que el punto de ……………… del hielo es …………… .

Se llama solidificación al pasaje del estado ……………….. al ……………………….. . Al introducir una cubetera con agua en el congelador de una heladera, se produce la ……………………… del agua. En el caso particular del agua el fenómeno de solidificación puede denominarse también congelación.

Se llama vaporización al pasaje del estado líquido al estado gaseoso. El fenómeno de vaporización puede producirse en dos formas: evaporación y ebullición. La evaporación se produce sólo desde la superficie libre del líquido en equilibrio. Se produce a cualquier temperatura. La ebullición se produce desde todo el interior del líquido. Se produce a una temperatura dada que depende del líquido del cual se trate y de la presión exterior.

Cuando el agua hierve decimos que se está produciendo la ……………….. del agua. En cambio, cuando una prenda de ropa se deja tendida para secar a temperatura ambiente, se produce la ………………. del agua. Los dos fenómenos son dos formas de ………………….. del líquido.

Completa el siguiente cuadro:


Vaporización:

Formas:



Desde la superficie libre del líquido a cualquier temperatura.




Desde todo el líquido a una temperatura dada que depende ……………………… y de la ………….............. exterior.


Se llama licuación al pasaje del estado gaseoso al ………………………… . Por eso, cuando las gotas de vapor de una pava de agua hirviendo se condensan en presencia de una superficie fría y pasan al estado líquido decimos que se ha producido la ……………………… del vapor del agua.

También en ciertas condiciones y para ciertas sustancias, puede producirse el pasaje directo del estado sólido al …………………………… (volatilización). Y el proceso inverso, o sea, el pasaje del estado ……………………. al ………………………. (sublimación).

Un trozo de hielo seco (o sea, de dióxido de carbono sólido), empleado para mantener fríos a los postres helados, volatiliza. O sea, pasa directamente del estado …………………………… al ………………………….

Otro tanto ocurre con la naftalina, que a temperatura ambiente también se ……………………….. .


  1. Interpretación cinética de los cambios de estado

Si dejamos un trozo de hielo fuera del congelador de la heladera, pronto observamos que se produce la ……………………………. del mismo. La teoría cinética nos permite entender qué es lo que está ocurriendo.

Ya hemos visto que en el hielo (sólido) las moléculas poseen movimiento de vibración. Al aumentar la temperatura, la intensidad de estos movimientos también aumenta. Llega un momento en que son suficientes para vencer las fuerzas de atracción de las moléculas vecinas, y las moléculas pasan al estado líquido. A la inversa, cuando colocamos agua líquida en el congelador de la heladera, disminuye la velocidad de las moléculas y éstas son atrapadas debido a la fuerza de atracción de las moléculas vecinas. Se forma así el hielo. El cambio de estado correspondiente se denomina …………………………… .

¿Y por qué se produce el fenómeno de la evaporación?: porque, a cualquier temperatura, existen moléculas con energía cinética suficiente como para vencer las fuerzas de atracción de las moléculas vecinas y escaparse a la fase gaseosa. Lógicamente, cuando mayor es la temperatura, más son las moléculas con energía cinética suficiente como para escaparse. Por eso la velocidad de ………………….. es tanto mayor cuanto ………………………… es la temperatura.

Trata de razonar ahora en forma similar y contesta preguntas como las siguientes:

  • ¿Por qué aparecen gotitas de agua sobre el vidrio de la ventana, dentro de la casa, después de una noche muy fría?

  • ¿Por qué en un día muy húmedo la ropa no se seca? ¿Cómo es la velocidad de evaporación con respecto a la velocidad de licuación en ese caso?




  1. Fenómenos físicos y químicos

A través del desarrollo de la civilización el hombre comprendió, por ejemplo, las causas de la producción de la lluvia, el granizo, el fuego, los deshielos, las descargas eléctricas que se producen en la atmósfera y los trastornos por intoxicación que podrían afectarlo a él o a distintos animales. Muchos de estos fenómenos son transformaciones, cambios o fenómenos físicos. Otros, fenómenos, transformaciones o cambios químicos. En el caso de los fenómenos químicos, también decimos que se producen reacciones químicas. Hay una diferencia fundamental entre las transformaciones físicas y las químicas. Durante las transformaciones o fenómenos físicos, no se producen cambios en las sustancias presentes. Durante las transformaciones, reacciones o fenómenos químicos, si se producen modificaciones en las sustancias presentes en el sistema.

Al preparar una mezcla, por ejemplo, con azúcar, polvo de hierro y sal fina, estamos produciendo artificialmente un fenómeno físico. No se producen cambios en las sustancias presentes. Después de hecha la mezcla, seguimos teniendo las mismas sustancias en el sistema. Pero si en un tubo de ensayo calentamos intensamente una mezcla de hierro y azufre, observamos que se produce la combinación entre hierro y azufre y se forma una nueva sustancia, sulfuro de hierro (II) o sulfuro ferroso (FeS).

Señalamos entonces que: como una combinación origina una variación en las sustancias presentes es un fenómeno ……………… . En cambio, una mezcla es un fenómeno ………………….. .

Aplicando estos conceptos, trata de clasificar en físicos y químicos los fenómenos que hemos mencionado en el primer párrafo.

El ser humano ha aprendido a producir, artificialmente, ciertos fenómenos físicos y químicos que facilitan su vida y la hacen más agradable. Por ejemplo, al poner en funcionamiento un ventilador, una estufa eléctrica, una estufa a gas, al encender una lámpara común, producir hielo en una heladera, efectuar la combustión de carbón o leña para preparar asado, quemar nafta en el motor de un automóvil, fabricar materiales plásticos, etc. Clasifícalos en fenómenos físicos y químicos.

Piensa otros ejemplos de fenómenos físicos y químicos, naturales o artificiales.
SISTEMAS MATERIALES


  1. Concepto de sistema material

Se llama sistema material a todo cuerpo o conjunto de cuerpos seleccionado para la observación de acuerdo con ciertas finalidades. La Química estudia sistemas materiales. Para ello, separa o aísla uno o varios cuerpos que selecciona, de acuerdo con un determinado propósito o fin. Así, por ejemplo, supongamos que quisiéramos saber si la tiza se disuelve en agua. Para ello podríamos seleccionar cuerpos apropiados para efectuar esa observación: un trozo de ……………….. y una porción de ……………………..

En forma análoga, para observar si el hierro se combina con el azufre, los cuerpos adecuados estarán constituidos por una cierta cantidad de ………………………… y de …………………………… .


  1. Clasificación de los sistemas materiales: sistemas homogéneos y heterogéneos

La clasificación de los sistemas materiales se hace sobre la base de un concepto que ya conoces: el de propiedades intensivas. Son propiedades ………………………. aquellas que no dependen de la ……………………… de ………………………………... considerada.

Observa el agua contenida en un vaso. No incluiremos al vaso en el sistema. Si nosotros tomáramos porciones de agua de lugares diferentes, observaríamos que todas estas porciones tienen iguales valores para sus propiedades intensivas. En otros términos, la densidad del agua en cada porción es, en todos los casos: 1 g/cm3. Los valores de las distintas propiedades …………………………… son …………………… en los distintos puntos del sistema. Por ello decimos que se trata de un sistema homogéneo.

Se llama sistema homogéneo a aquel que tiene iguales valores para todas sus propiedades intensivas en las distintas partes del sistema. Ensayos similares podríamos hacer con el agua salada contenida en un vaso: los valores de las propiedades intensivas (punto de ebullición, punto de solidificación, densidad, etc.) son los mismos para distintas porciones del sistema. Por lo tanto, es también un ejemplo de sistema ……………………………….. .

Consideremos ahora un sistema constituido por agua y un clavo de hierro. Es evidente que los valores de las propiedades intensivas son distintos en el agua y en el clavo. Por ejemplo, la densidad del hierro es mayor que la densidad del agua. Como consecuencia, el clavo de hierro permanece en el fondo del recipiente, cubierto por el agua. Decimos que ese sistema es heterogéneo.

Se llama sistema heterogéneo a aquel que tiene distintos valores por lo menos para alguna de las propiedades intensivas en distintas partes del sistema y estas partes se encuentran separadas, una de otras, por superficies de discontinuidad bien definidas.

Efectivamente, en el ejemplo dado también se observa que hay un brusco cambio en los valores de las propiedades intensivas cuando pasamos del hierro al agua: esto es lo que llamamos una superficie de discontinuidad (la superficie de separación entre hierro y agua).

Analicemos el caso de un vaso de agua que contenga dos o tres trozos de hielo. Hay una propiedad intensiva que es visiblemente distinta en el agua y el ……………….. : la densidad. Efectivamente, el hielo flota en el …………………… líquida. Y existe, también, superficie de discontinuidad claramente definida. Por lo tanto el sistema es …………………………………… .

Para que exista un sistema heterogéneo se deben, por lo tanto, cumplir dos condiciones:

  • Distintos valores para las propiedades …………………… en distintas partes del sistema.

  • Superficies de ……………………….. claramente definidas.

Si no se cumplen las dos condiciones, el sistema no es heterogéneo.

Veamos algunos otros ejemplos de los distintos tipos de sistemas materiales:

  • Una porción de agua azucarada es un sistema ………………………………… .

  • Pero sí al agua azucarada le seguimos agregando azúcar hasta que la misma permanezca en el fondo sin disolverse el sistema es ……………………………………. .

  • Un sistema constituido por arandelas de cobre y arandelas de hierro es …………………………….. .

Razona y analiza por qué has considerado homogéneo o heterogéneo a cada uno de estos sistemas.


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