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Química

Materia y sus propiedades

Lo esencial

  • Clasificación de la materia: sustancias puras (elementos y compuestos) y mezclas (homogéneas y heterogéneas).
  • Propiedades: extensivas e intensivas; físicas y químicas.
  • Cambios físicos vs. químicos: en el químico se forman sustancias nuevas.
  • Cambios de estado y sus nombres, incluida la sublimación.
  • Métodos de separación de mezclas según la propiedad que aprovechan.

Clasificación de la materia

Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

  • Sustancia pura: composición fija y propiedades definidas.
    • Elemento: formado por un solo tipo de átomo; no se descompone en sustancias más simples por métodos químicos ordinarios (oxígeno, hierro, carbono).
    • Compuesto: dos o más elementos unidos químicamente en proporción fija (agua, H₂O; sal, NaCl). Solo se separa en sus elementos por métodos químicos.
  • Mezcla: dos o más sustancias juntas sin unirse químicamente, en proporción variable.
    • Homogénea (disolución): una sola fase visible; agua con azúcar, aire, latón.
    • Heterogénea: se distinguen sus componentes; agua con aceite, granito, ensalada.

Un coloide (leche, gelatina, niebla) parece homogéneo a simple vista, pero sus partículas dispersan la luz (efecto Tyndall).

Propiedades de la materia

TipoDefiniciónEjemplos
Extensivasdependen de la cantidad de materiamasa, volumen, longitud
Intensivasno dependen de la cantidaddensidad, temperatura de ebullición, color
Físicasse observan sin cambiar la identidadpunto de fusión, dureza, solubilidad
Químicasdescriben cómo reaccionainflamabilidad, oxidación, reactividad con ácidos

Las propiedades intensivas sirven para identificar sustancias. La más usada en problemas es la densidad:

ρ=mV\rho = \frac{m}{V}

El agua líquida tiene ρ≈1\rho \approx 1 g/mL. Un objeto menos denso que el líquido flota en él.

Estados y cambios

En los sólidos las partículas están muy ordenadas y juntas: forma y volumen fijos. En los líquidos están juntas pero se deslizan: volumen fijo, forma del recipiente. En los gases están muy separadas y se mueven libremente: sin forma ni volumen fijos. El plasma es un gas ionizado (el Sol, los relámpagos).

CambioDe → a
Fusiónsólido → líquido
Solidificaciónlíquido → sólido
Evaporación / ebulliciónlíquido → gas
Condensacióngas → líquido
Sublimaciónsólido → gas
Deposición (sublimación inversa)gas → sólido

El hielo seco (CO₂ sólido) y la naftalina subliman. Los cambios de estado son cambios físicos: el agua sigue siendo agua.

Un cambio químico produce sustancias nuevas. Señales típicas: desprendimiento de gas, cambio de color, formación de un precipitado, liberación de luz o calor. Ejemplos: combustión, oxidación del hierro, digestión, cocinar un huevo. En cambio, disolver azúcar, romper un vidrio o fundir cera son cambios físicos.

Métodos de separación

MétodoMezclaPropiedad que aprovecha
Filtraciónsólido insoluble en líquido (arena y agua)tamaño de partícula
Decantaciónlíquidos inmiscibles (agua y aceite)densidad
Evaporaciónsólido disuelto (sal en agua)volatilidad del disolvente
Destilaciónlíquidos miscibles (agua y alcohol)punto de ebullición
Centrifugaciónsólido suspendido (componentes de la sangre)densidad
Cromatografíapigmentos, tintasafinidad por una fase
Imantaciónhierro con arenamagnetismo

Ejemplo resuelto

1. Un trozo de metal de 54 g se sumerge en una probeta y el nivel del agua sube de 30 mL a 50 mL. ¿Cuál es su densidad?

a) 1.08 g/mL b) 1.8 g/mL c) 2.7 g/mL d) 0.37 g/mL

Solución.

  1. Volumen desplazado: 50−30=2050 - 30 = 20 mL.
  2. ρ=5420=2.7\rho = \frac{54}{20} = 2.7 g/mL.

Respuesta: c (valor que coincide con el del aluminio). La opción b divide entre 30 mL y la a entre 50 mL; la d invierte el cociente.

2. ¿Qué método conviene para separar una mezcla de agua y alcohol etílico?

a) Filtración b) Decantación c) Destilación d) Imantación

Solución. El agua y el alcohol son miscibles (forman una sola fase), así que no se pueden filtrar ni decantar. Tienen puntos de ebullición distintos (el alcohol hierve a unos 78 °C y el agua a 100 °C a nivel del mar), por lo que se separan por destilación. Respuesta: c.

Errores comunes

  • Llamar "compuesto" a una mezcla homogénea, como el aire.
  • Clasificar la disolución o la fusión como cambios químicos.
  • Confundir sublimación (sólido → gas) con evaporación.
  • Pensar que la densidad depende del tamaño de la muestra; es intensiva.
  • Usar decantación para líquidos miscibles.

Para recordar

  • Sustancia pura: elemento o compuesto; mezcla: homogénea o heterogénea.
  • Intensivas identifican; extensivas dependen de la cantidad.
  • Cambio químico = sustancia nueva.
  • Cada método de separación aprovecha una propiedad física distinta.
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