Materia y Energia
- 2. 2 LA CONSTITUCIÓN DEL UNIVERSO El Universo que hoy conocemos está formado esencialmente por materia y energía. Todo lo referido a materia lo estudia la química Todo lo referido a energía lo estudia la física
- 3. 3 QUÉ ES LA MATERIA Materia es todo aquello que tiene masa e inercia y ocupa un lugar en el espacio Inercia: Es la propiedad de los cuerpos que hace que éstos tiendan a conservar su estado de reposo o de movimiento. Masa (m): es la cantidad de materia Peso: es la fuerza con que la tierra atrae a un determiando cuerpo P= m .g La masa de un objeto es igual en cualquier punto del universo, el peso depende de la gravedad.
- 4. 4 ¿Cómo está compuesta la materia?
- 5. 5 Sustancia Cada tipo diferente de materia Ej.: agua (H2O), hierro (Fe), cobre (Cu) Cada clase de materia (sustancia) tiene una serie de propiedades características y posee un símbolo o formula química inequívoca Las sustancias pueden ser: Sust. Simples (formadas por una sola clase de átomos) Elemento químico o sustancia elmental: sustancia formada por un solo tipo de átomos y no se puede descomponer en otras sustancias, los elementos químicos tienen un nombre y se los representa con un símbolo. Sust. Compuestas (formadas por dos o mas clases de átomos)
- 6. 6 Ejercicios de aplicación Cual de los siguientes casos no corresponde a un ejemplo de materia Aire contenido en una botella Calor que irradia una estufa Alambre de cobre (Cu) Clasifique es sustancias simples o compuestas los siguientes ejemplos: Hierro (Fe) Agua (H2O) Oxigeno molecular (O2) Acido nítrico (HNO3)
- 7. 7 ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA
- 8. 8 Variables que determinan el estado de agregación Tipo de material o materia Naturaleza de las partículas (átomos, moléculas, iones) Distancias que separan las partículas. Fuerzas entre las partículas Grado de ordenamiento. Temperatura Presión
- 9. 9 Tipo de material o materia El estado de una sustancia depende fundamentalmente de las fuerzas de atracción entre las partículas que forman su estructura o FUERZAS INTERMOLECULARES. Esto también depende de que dichas partículas sean moléculas con sus características de polaridad y geometría, átomos o iones. La fuerza de atracción que tiende a aproximar las moléculas entre sí, recibe el nombre de fuerzas de cohesión. Pero por otro lado, debido a los choques entre las moléculas por su movimiento, se manifiesta una fuerza contraria llamada fuerza de repulsión. Cada estado en particular está muy relacionado con estas dos fuerzas. Las de atracción también llamadas de Van der Walls y las de repulsión también llamadas térmicas. Estas fuerzas actúan simultáneamente y dependiendo de la intensidad relativa de las mismas será el estado físico en que se encuentre la materia.
- 10. 10 Temperatura El cambio de la temperatura es muy importante pues al aumentarla, se aumenta la energía cinética (energía de movimiento) de las partículas de la sustancia y en consecuencia se mueven más, esto hace que se pueda contrarrestar las fuerzas de atracción y así pasar de sólido a líquido y luego de liquido a gaseoso. La Temperatura afecta tanto a sólidos como a líquidos y gases. Cuando un sólido absorbe calor, va aumentando la energía cinética de las partículas que lo forman hasta que se llega a vencer la fuerza de atracción entre ellas y se rompe la estructura cristalina (si es un sólido cristalino), pasando al estado líquido. Si se sigue calentando, es decir entregando energía al líquido, la energía cinética de las moléculas sigue aumentando hasta el punto de vencer por completo las fuerzas de atracción entre ellas y la sustancia pasa al estado gaseoso.
- 11. 11 Presión Un cambio de la presión es importante en el estado gaseoso (al aumentar la presión externa se favorece el pasaje del estado gaseoso al líquido) pero es menor el efecto en el estado líquido y en el sólido ya que hay poco espacio libre entre sus partículas y un aumento de presión prácticamente no puede comprimirlo más.
- 12. 12 Un ejemplo de la relación Presión – Estado de Agregación
- 13. 13 Problemas de aplicación - Indique con que variable/s podría cambiar el estado de agregación de: - Agua liquida - Oxigeno gaseoso - Yodo sólido
- 14. 14 ESTADO DE AGREGACION LIQUIDO No tienen forma definida, adoptan la forma del recipiente que los contiene. Poseen volumen propio. En pequeñas cantidades adoptan forma esférica (gotas). Esto se debe a la atracción que existe entre las moléculas del líquido. La fuerza de atracción entre las moléculas de la superficie de los líquidos puede ser muy grande , esta fuerza se conoce como tensión superficial.
- 15. 15 ESTADO DE AGREGACION SOLIDO Pueden considerarse formados por pequeñas partículas esféricas entre las cuales las fuerzas de atracción son mayores a las de repulsión. Generalmente se encuentran ordenadas formando un conjunto compacto. Los sólidos tienen forma y volumen propio. Los sólidos no son capaces de fluir. Los sólidos son incompresibles, ya que entre las partículas no existe espacio vacío para poder acercarlas. Si bien los sólidos se caracterizan porque las partículas forman un agrupamiento compacto, en algunos casos las partículas no están ordenadas. Esto permite hacer una clasificación de los sólidos en dos tipos: - sólidos cristalinos las partículas se disponen en forma ordenada. - sólidos amorfos las partículas se disponen al azar.
- 16. 16 ESTADO DE AGREGACION GASEOSO Las partículas, generalmente moléculas, se encuentran en continuo movimiento y, al desplazarse, chocan entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene. La propiedad que refleja la cantidad de choques que las partículas tienen contra las paredes del recipiente es la presión. Es decir, que a mayor cantidad de partículas dentro de un recipiente, mayor será la presión. La velocidad de las partículas de un gas es enorme y, cuando chocan, rebotan y vuelven a separarse. Al chocar se alejan lo más posible unas de otras, ya que prevalecen entre ellas las fuerzas de repulsión sobre las de atracción (cohesión). El movimiento en línea recta que poseen estas moléculas y que les permite desplazarse dentro del recipiente, se denomina traslación. Pero, además de trasladarse, las moléculas pueden rotar (rotación) y sus átomos pueden vibrar (vibración). Cuando se calienta un gas, su temperatura aumenta, y de manera proporcional aumenta la energía de sus partículas, y con ello la velocidad con que se trasladan sus moléculas, como así también la rapidez de rotación y la de vibración de los átomos. Los gases tienen la capacidad de fluir, es decir que sus moléculas se trasladen continuamente. Los gases no tiene ni forma ni volumen propio. Los gases adquieren la forma del recipiente que los contiene. Los gases adquieren el volumen del recipiente que los contiene
- 17. 17 Ejercicios de aplicación Indique si los siguientes enunciados son Verdaderos (V) o Falsos (F): - El estado sólido no posee forma propia. - Una botella de 1 L de capacidad puede contener 10 L de gas. - Una botella de 1 L de capacidad puede contener 10 o 100 moles de gas. - El estado liquido permite ser comprimido. - Las moléculas del estado sólido no poseen movimiento. - Los gases poseen la forma del recipiente que los contiene.
- 19. 19 CAMBIOS DE ESTADO LIQUIDO – GAS - LIQUIDO Vaporización (líquido a gaseoso) se puede dar de dos maneras distintas, por evaporación o por ebullición. Evaporación: se trata de un fenómeno superficial (como cuando se evapora el agua de un charco por el calor del sol). Ebullición: involucra a toda la masa de líquido (como cuando hierve el agua). Licuación (gaseoso a líquido) una sustancia gaseosa por compresión se lleva al estado líquido. Por ejemplo: oxígeno o nitrógeno líquido, gas licuado. Condensación (gaseoso a líquido) una sustancia líquida por algún motivo se encuentra en estado de vapor, entonces al enfriarse, condensa. Por ejemplo el agua del aire que condensa sobre los vidrios fríos en invierno.
- 20. 20 CAMBIOS DE ESTADO SOLIDO – LIQUIDO - SOLIDO Fusión (solidó a liquido) Solidificación (líquido a sólido)
- 21. 21 CAMBIOS DE ESTADO SOLIDO – GASESO - SOLIDO Volatilización (sólido a gaseoso) Sublimación (gaseoso a sólido)
- 22. 22 Ejercicios de aplicación Indique si los siguientes enunciados son Verdaderos (V) o Falsos (F): - El agua puede existir en cualquier estado de agregación. - A un mismo valor de temperatura y presión el agua puede existir en cualquier estado de agregación. - El paso de sólido a liquido se denomina Fusión. - La Volatilización no es lo mismo que la ebullición. - La Ebullición es lo mismo que la Evaporación. V V V F F
- 23. 23 Propiedades de la materia Características propias y distintivas de cada tipo diferente de sustancia. Sirven para identificar una sustancia o para distinguirla de otras similares.
- 24. 24 Tipo de Propiedades Prop. Físicas: se ponen de manifiesto ante un estímulo que NO CAMBIA la composición de la sustancia (Ej.: color, olor, tacto, brillo, maleabilidad, etc.) Prop. Químicas: al manifestarse cambia la composición de la sustancia y/o se transforma (Ej.: reacciones químicas identificatorias)
- 25. 25 Tipo de Propiedades Prop Intensivas: son aquellas que NO DEPENDEN de la cantidad de materia, las Prop. Intensivas se denominan constantes físicas (Ej.: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, etc.) Prop. Químicas: son aquellas que DEPENDEN de la cantidad de materia (Ej.: volumen, peso, longitud, etc.)
- 26. 26 Fenómeno Físico y Químico Son los que causan transformación de la materia Físico: afectan las propiedades físicas de la materia SIN MODIFICAR su composición química (ej.: cambio de estado) Químico: al producirse generan cambios en l composición química de la materia (Ej.: ataque de un metal por ácido)
- 27. 27 ENERGÍA • La energía es la capacidad de los cuerpos para producir transformaciones sobre sí mismos o sobre otros cuerpos. • La capacidad de producir trabajo y/o transferir calor. • La energía es una magnitud física que mide en julios (j) en el SI. También se utiliza el kilojulio (kj), que equivale a 1000 julios. • La energía nos rodea y se presenta en diferentes formas o tipos de energía Energía Eléctrica. E la que produce una pila y procede de los electrones de los átomos. Energía térmica o interna. Se debe al movimiento de los átomos y las moléculas: a más movimiento molecular más energía térmica. La temperatura mide la energía interna de los cuerpos. Energía Química. Se debe a la constitución y la forma de las moléculas propias de cada sustancia y se manifiesta en los procesos y reacciones químicas. Energía radiante. Es la que poseen las ondas electromagnéticas que se transmiten por el espacio, como la luz, las ondas de TV y de radio, los rayos ultravioletas, los rayos X…
- 28. 28 TIPOS DE ENERGÍA DESDE EL PUNTO DE VISTA MECANICO La energía cinética (Ec) es la energía de movimiento, es la energía de un cuerpo que se mueve; aumenta cuando su velocidad crece. También es mayor cuanto más grande es la masa del cuerpo. Ec = ½ m . V2 La energía potencial (Ep) des al engría que posee un cuerpo almacenada, es la engría que posee un objeto debido a su posición o composición química. Ep = m.g.h (si la fuerza que actúa es la gravedad) Ep = – cte. q.q/r (si la fuerza que actúa es electrostática)
- 29. 29 CONSERVACIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA El principio de conservación de la energía la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Es decir, la cantidad de energía de un sistema (como el universo) permanece constante, por lo tanto, si durante un proceso, aparentemente, un tipo de energía desaparece, tiene que haberse convertido en otro tipo. La energía se transforma porque cualquier tipo de energía se puede convertir en otro. Por ejemplo: correr, la energía química de los alimentos de transforma en energía mecánica al conectar una lavadora, la energía eléctrica se convierte en mecánica en el motor del coche, la energía química del combustible se transforma en mecánica en una central hidráulica , la energía cinética del salto de agua (que antes era potencial) pasa a ser eléctrica, etc.
- 30. 30 ENERGÍA Y CAMBIO QUIMICO En la mayor parte de las reacciones químicas espontáneas la energía potencial de las sustancias denominadas reactivos disminuye al pasar a productos, generalmente al energía se libera como calor. Este tipo de reacciones que liberan energía (calor) se denominan exotérmica (si libera calor) o exergonicas (si libera algún otro tipo de energía). Ej.: Glucolisis Lo inverso se conoce como reacciones endergonicas o endotérmicas. Ej.: Fotosíntesis
- 31. 31 ENERGÍA Y MATERIA Albert Einstein dedujo teóricamente la ecuación que vincula el cambio de materia en engría DE = Dm . C2 En cualquier reacción química existe un ínfimo e indetectable perdida de materia para transformarse en energía.
- 32. 32 LA ENERGÍA SE DEGRADA, ALMACENA y TRANSFORMA Existen tipos de energía útiles para el ser humano y otros muy difíciles de aprovechar. La energía se degrada cuando se transforma en una forma de energía que no es aprovechable. Ej.: Normalmente en cualquier proceso o fenómeno, una parte de la energía se degrada en calor no recuperable que va a parar al aire. La energía se puede almacenar para utilizarla posteriormente. Por ejemplo, la energía eléctrica de la batería de un coche, la que acumula el agua en un embalse, el calor almacenado en un deposito de agua, la que almacenan las plantas en las moléculas que fabrican con la energía de la luz, o la que acumula nuestro cuerpo al alimentarnos. Transformamos casi todas las energías en energía eléctrica porque es más aprovechable y más cómoda de manejar y de transportar (por medio de los tendidos eléctricos).
- 33. 33 SISTEMAS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA RENOVABLE Sistema Transformación de energía Objeto Horno solar Solar, en térmica Calentar agua Placa solar Radiante, (luminosa) en eléctrica Obtener electricidad Molinos eólicos Cinética, (del viento) en eléctrica Obtener electricidad Salto de agua Cinética, (hidráulica) en eléctrica Obtener electricidad Géiser Geotérmica (de la Tierra) en térmica y eléctrica Calentar agua, uso como aguas termales y obtener electricidad Olas Mecánica en eléctrica Obtener electricidad Mareas Mecánica en eléctrica Obtener electricidad Restos vegetales y desechos orgánicos Química en química Obtener metano (biogás) y otros combustibles