Materia y energia
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El documento trata sobre la materia y la energía. Explica que el universo está formado por materia y energía. La materia es todo lo que ocupa un espacio y tiene masa e inercia. La energía puede transformarse de una forma a otra pero la cantidad total se conserva. Los cambios de estado de la materia ocurren cuando se modifica la temperatura o la presión y afectan la organización de las partículas que componen la materia.
Materia y energia
- 2. LA CONSTITUCIÓN DEL UNIVERSOLA 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 2
- 3. 3 QUÉ ES LA MATERIAQUÉ ES LA MATERIA MateriaMateria es todo aquello que tienees todo aquello que tiene masamasa ee inerciainercia yy ocupa un lugar en el espacioocupa un lugar en el espacio Inercia:Inercia: Es la propiedad de los cuerpos que hace queEs la propiedad de los cuerpos que hace que éstos tiendan a conservar su estado de reposo o deéstos tiendan a conservar su estado de reposo o de movimiento.movimiento. Masa (m)Masa (m): es la cantidad de materia: es la cantidad de materia Peso:Peso: es la fuerza con que la tierra atrae a un determiando cuerpoes la fuerza con que la tierra atrae a un determiando cuerpo P= m .gP= m .g La masa de un objeto es igual en cualquier punto delLa masa de un objeto es igual en cualquier punto del universo, el peso depende de la gravedad.universo, el peso depende de la gravedad.
- 4. SustanciaSustancia 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)4
- 5. Ejercicios de aplicaciónEjercicios 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) 5
- 6. ESTADOS DE AGREGACION DEESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIALA MATERIA 6
- 7. Variables queVariables que determinan el estado dedeterminan el estado de agregaciónagregación 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 7
- 8. Tipo de material o materiaTipo 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 8
- 9. TemperaturaTemperatura 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. 9
- 10. PresiónPresión 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. 10
- 11. Un ejemplo de la relaciónUn ejemplo de la relación Presión –Estado dePresión –Estado de AgregaciónAgregación 11
- 12. ESTADO DEESTADO DE AGREGACION LIQUIDOAGREGACION 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. 12
- 13. ESTADO DEESTADO DE AGREGACION SOLIDOAGREGACION 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. 13
- 14. ESTADO DE AGREGACIONESTADO DE AGREGACION GASEOSOGASEOSO 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 14
- 15. CAMBIOS DE ESTADOCAMBIOS DE ESTADO 15
- 16. CAMBIOS DE ESTADOCAMBIOS DE ESTADO LIQUIDO – GAS -LIQUIDO – GAS - LIQUIDOLIQUIDO 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. 16
- 17. CAMBIOS DE ESTADOCAMBIOS DE ESTADO SOLIDO – LIQUIDO -SOLIDO – LIQUIDO - SOLIDOSOLIDO Fusión (solidó a liquido) Solidificación (líquido a sólido) 17
- 18. CAMBIOS DE ESTADOCAMBIOS DE ESTADO SOLIDO – GASESO -SOLIDO – GASESO - SOLIDOSOLIDO Volatilización (sólido a gaseoso) Sublimación (gaseoso a sólido) 18
- 19. Propiedades de la materiaPropiedades de la materia Características propias y distintivas de cada tipo diferente de sustancia. Sirven para identificar una sustancia o para distinguirla de otras similares. 19
- 20. Tipo de PropiedadesTipo 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.) 20
- 21. Fenómeno Físico y QuímicoFenómeno 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) 21
- 22. 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… 22
- 23. CONSERVACIÓN Y TRANSFORMACIÓNCONSERVACIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍADE 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. 23
- 24. ENERGÍA Y CAMBIO QUIMICOENERGÍA 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 24
- 25. ENERGÍA Y MATERIAENERGÍA Y MATERIA Albert Einstein dedujo teóricamente la ecuación que vincula el cambio de materia en engría ∆E = ∆m . C2 En cualquier reacción química existe un ínfimo e indetectable perdida de materia para transformarse en energía. 25
- 26. LA ENERGÍA SE DEGRADA, ALMACENA yLA ENERGÍA SE DEGRADA, ALMACENA y TRANSFORMATRANSFORMA 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). 26