Contenidos 2 La materia y sus propiedades Índice 1 Definición de materia 2 Propiedades de la materia 3 La masa 4 El volumen 5 La densidad 1. Definición de materia ¿Qué tienen en común la materia de una silla y la materia de una estrella? Pues que estos cuerpos, que pueden estar compuestos por una o varias sustancias, ocupan un lugar en el espacio, al que llamamos volumen, y “pesan”, es decir, tienen masa. Por tanto, estas dos propiedades generales de la materia nos permiten definirla: Materia es todo lo que ocupa un espacio y posee masa. De este modo, mientras que la masa y el volumen son dos propiedades generales de la materia, el color, el tamaño, el olor o la forma, entre otras, son propiedades específicas. 1.1. Cuerpos materiales y sistemas materiales Como hemos visto, cualquier cuerpo de la Tierra o del Universo está formado por materia. Sin embargo, todos presentan importantes diferencias entre ellos. Por ejemplo, piensa en un bosque y en los elementos que lo componen. ¿Qué diferencias observas entre el aire del bosque y una roca? Si piensas en ambas imágenes atentamente, verás que la roca tiene unos límites bien definidos y precisos, mientras que el aire no tiene unos límites concretos, es decir, no podemos establecer con claridad dónde comienza o dónde termina. Llamamos cuerpo material a aquel objeto que tiene unos límites bien definidos. Llamamos sistema material a la materia que posee unos límites imprecisos. algaida 1 Unidad 2: La materia y sus propiedades Cuerpo material. Sistema material. 2. Propiedades de la materia 2.1. Propiedades extensivas e intensivas Observa los cuerpos y sistemas materiales que te rodean en el aula, en tu casa o en la calle. Como ves, una pizarra, una manzana o un coche presentan muchas y diferentes propiedades: el color, la masa, el sabor o la longitud son sólo algunas de ellas. Cuantas más propiedades distingamos, mejor podremos definir la materia que estemos contemplando. De este modo, la materia que te rodea tiene muchas cualidades o propiedades que la definen. Algunas de ellas cambian dependiendo del tamaño del cuerpo que estemos observando, mientras que otras no varían. Por ejemplo, un lápiz es amarillo, de madera, mide 15 cm de largo y tiene una masa determinada. Si el lápiz se rompe, muchas de sus propiedades no cambian: sigue siendo de madera y su color es el mismo, pero su longitud y su masa han cambiado, ya que ahora tenemos dos partes. Se denominan propiedades extensivas a aquellas que dependen de la cantidad de materia o tamaño que posee un cuerpo. Estas propiedades también se llaman generales, y entre ellas se encuentran la masa, la longitud o el volumen. No obstante, este tipo de propiedades no nos permiten diferenciar una sustancia de otra. Una propiedad que no depende de la cantidad de materia es una propiedad intensiva. Estas propiedades también se denominan específicas, y entre ellas destacan el color, el olor, el brillo, la densidad o el punto de ebullición. Las propiedades específicas sí nos permiten diferenciar unas sustancias de otras y conocer, por tanto, de qué sustancia está formada cada cuerpo. 2 algaida Unidad 2: La materia y sus propiedades 2.2. La medida de la materia Para unificar los métodos de medición existen patrones de medida, es decir, modelos comparativos de medida que permanecen inalterables aunque los utilice una u otra persona. Estos patrones, llamados unidades, pertenecen al denominado Sistema Internacional de Unidades (SI), y tienen a su vez una escala para expresar medidas muy grandes (se emplean los múltiplos) o muy pequeñas (se usan los submúltiplos) en comparación con las unidades correspondientes. Como ejemplos de patrones comparativos podemos mencionar, entre otros, el metro, con el que se mide la longitud, o el kilogramo, con el que se mide la masa de los cuerpos. Medir es comparar un cuerpo o sistema material con un patrón definido para determinar cuántas veces lo contiene. Si queremos realizar cualquier medida es muy importante utilizar las unidades adecuadas. Para ello, empleamos un número, que expresa la cantidad, y, a su derecha, la unidad de medida correspondiente. Asimismo, las unidades o patrones que empleamos para medir magnitudes han de ser sencillos con el fin de facilitar su uso. De este modo afirmamos que “Esa carretera mide 3 km”, “Esta tarta pesa 2 kg” o “Mi piso tiene 100 m2”. Llamamos magnitud física a todo aquello que se puede medir. De otro lado, para hacer mediciones se utilizan diferentes instrumentos de medida. Por ejemplo, la masa se mide con una balanza, la longitud con una cinta métrica, el volumen con una probeta y la temperatura con un termómetro. Unidades en el Sistema Internacional Magnitud Nombre Símbolo Longitud Metro m Masa Kilogramo kg Tiempo Segundo s Superficie Metro cuadrado m2 Volumen Metro cúbico m3 2.3. Propiedades cuantitativas y cualitativas No todas las propiedades o cualidades de la materia se pueden medir. Por ejemplo, no podemos medir el olor, el sabor o el color de la materia, pero sí podemos medir la masa, la longitud, el volumen o la temperatura de un cuerpo. Las propiedades que podemos medir se denominan propiedades cuantitativas. Se llaman también magnitudes. Las propiedades que no podemos medir se denominan propiedades cualitativas. Reciben el nombre de cualidades. algaida 3 Unidad 2: La materia y sus propiedades A continuación, vamos a estudiar las siguientes propiedades de la materia: masa, volumen y densidad. Recuerda, antes de comenzar su lectura, que todas ellas se pueden medir, es decir, son magnitudes. El termómetro, la balanza y la regla son instrumentos de medida. 3. La masa Imagina que tu profesor o profesora os reparte en clase trozos de plastilina del mismo tamaño. Cada uno de vosotros deberá utilizar su plastilina para modelar la figura que desee. Sin embargo, si al final de la clase colocamos cada figura en una balanza, todas ellas pesarán lo mismo. La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La masa se mide con la balanza y su unidad de medida en el Sistema Internacional (SI) es el kilogramo (kg), aunque también puede medirse en gramos (g), libras (lb), toneladas (t o tm), etcétera. La masa es una propiedad extensiva y cuantitativa de la materia, y no varía aunque la materia cambie su forma o estado. R ecuerda 1 t = 1 000 kg 1 kg = 1 000 g 1 g = 100 cg 1 cg = 10 mg Con las básculas digitales se obtiene una medida exacta de la masa. 4 algaida Unidad 2: La materia y sus propiedades 4. El volumen Como sabes, no todos los cuerpos ocupan la misma cantidad de espacio. Por ejemplo, un balón de fútbol ocupa más espacio que una pelota de tenis. El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo o sistema material. Además, el volumen se puede medir de diferentes formas. Su unidad de medida en el SI es el metro cúbico (el volumen que tiene un cubo de un metro de lado) y se representa con la expresión m3. También puede medirse en otras unidades como el cm3 o el mm3. El volumen es una propiedad extensiva y cuantitativa de la materia, y puede variar dependiendo del estado en el que se encuentre la materia. En la siguiente tabla puedes observar las unidades de medida de volumen más comunes y cómo cambiarlas a múltiplos o submúltiplos. Múltiplos x 1000 Unidad de medida Símbolo Unidad (SI) x 1000 x 1000 Submúltiplos x 1000 x 1000 x 1000 Kilómetro cúbico Hectómetro cúbico Decámetro cúbico Metro cúbico Decímetro cúbico Centímetro cúbico Milímetro cúbico km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3 : 1000 : 1000 : 1000 : 1000 : 1000 : 1000 También es importante hacer referencia a la capacidad o volumen máximo que pueden contener determinados objetos. Para medirla se suele emplear como unidad el litro (L), que equivale al volumen de un decímetro cúbico (1 dm3 = 1 L). 4.1. ¿Cómo medir volúmenes? Para medir el volumen de la materia necesitas conocer su estado. La materia, como verás en la siguiente unidad, puede presentarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Medida de volúmenes de materia en estado sólido La materia en estado sólido presenta forma fija, bien definida. Por tanto, podemos medir su volumen con facilidad. Sin embargo, el procedimiento será diferente si se trata de un sólido regular o de un sólido irregular. Los sólidos regulares son aquellos que presentan una forma definida, como por ejemplo un cubo, un cilindro o una esfera. Para calcular su volumen bastará con aplicar las fórmulas correspondientes dependiendo de las dimensiones del cuerpo. En la siguiente tabla te mostramos las fórmulas para calcular el volumen de los sólidos regulares más habituales. algaida 5 Unidad 2: Nombre Ortoedro Cubo La materia y sus propiedades Definición Prisma cuyas caras son rectángulos. Ortoedro en el que las tres dimensiones son iguales. Cilindro Cuerpo geométrico engendrado por la revolución de un rectángulo alrededor de uno de sus lados. Cono Cuerpo geométrico engendrado por la revolución de un triángulo rectángulo alrededor de uno de sus catetos. Esfera Cuerpo geométrico engendrado por la revolución completa de un semicírculo alrededor de su diámetro. Figura Términos l h a Fórmula l = largo a = ancho h = altura V = h·l·a a = lado V = a3 r = radio h = altura V = p·r²·h r = radio h = altura V = 1 h·p·r2 3 r = radio V = 4 p·r3 3 a r h h r r Los sólidos irregulares son aquellos que no tienen una forma definida, como por ejemplo, una piedra. Para calcular el volumen de un sólido irregular se emplea el método de inmersión: al introducir un sólido en un líquido, el nivel del líquido sube como consecuencia del volumen del sólido introducido. Medida de volúmenes de materia en estado líquido La materia en estado líquido tiene un volumen fijo, pero no una forma fija. Los líquidos tomarán la forma del recipiente que los contenga. Es lo que ocurre si vertemos el contenido de una lata de refresco en una jarra; el volumen sigue siendo el mismo, pero el refresco adopta la forma de la jarra donde ahora se encuentra. Podemos usar diferentes recipientes para medir el volumen de un líquido. El resultado no dependerá de qué instrumento empleemos. 6 algaida Unidad 2: La materia y sus propiedades Medida de volúmenes de materia en estado gaseoso El gas es un estado de la materia que no presenta ni forma ni volumen fijo. Así, un gas ocupa todo el volumen del recipiente que lo contiene. Por ejemplo, si cierras una botella de 1,5 L de capacidad, el volumen del aire que contiene la botella será de 1,5 L. De igual manera, un gas adoptará la forma del recipiente que lo contiene. 5. La densidad Si colocas en una balanza un bloque de hielo y un bloque de aluminio con el mismo volumen, verás que sucede algo curioso. A pesar de que ambos ocupan la misma cantidad de espacio, la balanza indicará que el bloque de aluminio posee más masa (pesa más) que el de hielo. Esta circunstancia se explica gracias al concepto de densidad. La densidad de una sustancia es la relación entre la masa y el volumen de esa sustancia, es decir la masa por unidad de volumen: d= m V El aluminio es más denso que el hielo porque, aunque ambos tienen el mismo volumen, hay más cantidad de materia de aluminio que de hielo, es decir, la materia que compone el aluminio está más compactada que la que compone el hielo. La densidad es una propiedad intensiva de la materia, o sea, no depende de la cantidad de sustancia. Una cucharada de aceite tiene la misma densidad que toda una botella. Esto no resulta extraño si pensamos un poco: al aumentar la masa también estamos aumentando el volumen, de tal manera que el cociente de la masa entre el volumen (la densidad) se mantiene constante. La densidad de una sustancia también es única, y nos permite diferenciarla de las demás sustancias. La densidad, además, es una propiedad cuantitativa de la materia, puesto que se le puede asignar un número con unidades de medida. Su unidad de medida en el SI es el kg/m3, aunque también se suele expresar en g/cm3. El aluminio es más denso que el hielo, por lo que con el mismo volumen para ambos, el bloque de aluminio posee más masa. algaida 7 Unidad 2: La materia y sus propiedades 5.1. Materias de distintas densidades Seguro que has observado alguna vez cómo el aceite, cuando se vierte sobre el agua, siempre flota sobre ella. Ocurre lo mismo con el petróleo cuando se produce un vertido en las aguas de la costa: el petróleo flota sobre el agua del mar. Pero, ¿por qué unas sustancias flotan sobre otras? La clave está en la densidad. Si tomamos dos recipientes iguales y llenamos uno de agua y el otro de aceite, el recipiente que contiene el aceite pesará menos que el del agua, a pesar de que ambos líquidos tienen el mismo volumen. Se comprueba así que la densidad del aceite es menor, por eso el aceite flota sobre el agua. Tras comparar los datos de la tabla de densidades de esta página, sabrás qué sustancias flotan sobre otras (como ves, no todos los ejemplos son líquidos). La tabla también sirve para comparar dos cuerpos que tienen el mismo volumen. Así, teniendo el mismo volumen tendrá más masa el que tenga más densidad. Sustancia o material 0,0013 Aire 8 Densidad (g/cm3) Corcho 0,25 Madera 0,5 Aceite 0,8 Etanol 0,81 Benceno 0,90 Hielo 0,92 Agua 1,0 Agua de mar 1,03 Sangre 1,06 Glicerina 1,26 Hormigón 2 Aluminio 2,7 Vidrio 3,3 Hierro, Acero 7,8 Latón 8,6 Cobre 8,9 Plata 10,5 Plomo 11,3 Mercurio 13,6 Oro 19,3 Platino 21,4 algaida