MATERIA Y ENERGIA

MATERIA Y ENERGIA

Materia

Es todo aquello que nos rodea (todo lo que constituye el universo), se encuentra en constante movimiento y transformacin mediante fenmenos fsicos y qumicos. Ej : madera , agua, hierro ,etc.

La materia se presenta en 2 formas segn Einstein:

1. Condensada

2. DiluidaMasa

Es la cantidad de materia o cantidad de partculas (tomos, iones o molculas) que posee un cuerpo y se mide en gramos, kilogramos, libras, toneladas, etc.Masa Inercial

Es la medida de la resistencia que ofrece un cuerpo a cambiar su estado de reposo o movimiento.

Cuerpo

Porcin limitada de materia, posee dimensiones fijas y precisas. Ej: carpeta, silla, clavo, etc.Propiedades de la Materia

Las propiedades de la materia pueden clasificarse en: extensivas o generales e intensivas o especficas.

Propiedades Extensivas o Generales

Son aquellas propiedades de la materia que son comunes a cualquier cuerpo o materia. Entre ellas tenemos:

Extensin

Todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio, por lo tanto tiene dimensiones fijas y precisas.

Impenetrabilidad2 cuerpos no pueden ocupar simultneamente el mismo espacio.

Gravedad

Es la fuerza de atraccin que ejerce la tierra sobre los cuerpos que se encuentran en su superficie. Peso

Es el resultado de la fuerza de gravedad que acta sobre la masa de los cuerpos. P = m x g

Inercia

Todo cuerpo conserva su estado de reposo o de movimiento, mientras no exista

Porosidad

Espacios que existen entre tomos y molculas de cualquier cuerpo que pueden llamarse interatmicos o intermoleculares.Divisibilidad

La materia puede dividirse en partes cada vez ms pequeas en el orden siguiente:

Materia: Ejemplo: madera, vidrio

Cuerpo: Ejemplo: mesa, vaso

Partcula: medios mecnicos

Molcula: medios fsicos

tomo: medios qumicos

Corpsculo subatmico: medios nucleares

Nota: No todos los cuerpos presentan molculas. Ejemplo: Los metales solo estn constituidos de tomos.

La Porosidad y la divisibilidad demuestran que la materia y la energa son discontinuas

Propiedades Intensivas o Especficas

Son aquellas que dependen del tipo de materia y son:

Dureza

Resistencia de un slido a ser rayado, la raya debe ser profunda y permanente. Segn su dureza se pueden dividir en duros y blandos. Ej :

Duros: hierro, diamante, etc.

Blandos: jabn, masilla, etc.

La dureza en forma cuantitativa se puede determinar mediante la escala de dureza de Mohz y son:1. Talco

2. Yeso

3. Calcita

4. Fluorina5. Espato Flor

6. Actaza7. Cuarzo

8. Topacio

9. Corindn (zafiro )

10. Diamante

TenacidadResistencia de un slido a su ruptura, los slidos de acuerdo a su tenacidad se pueden dividir en tenaces y frgiles.

Tenaz: Hierro, Madera, etc.

Frgil: Vidrio, porcelana, etc.

Ductibilidad

Capacidad de un slido de poder ser reducidos a hilos muy delgados y se dividen en dctil y no dctil.

Dctil: cobre, plata, etc.

No dctil: madera, yeso, etc.

MaleabilidadCapacidad de los slidos de poder ser reducidos a lminas muy delgadas y se dividen en maleables y no maleables.

Maleables: cobre, plata, etc.

No maleables: vidrio, madera, etc.

Plasticidad

Propiedad de los slidos de adoptar nuevas formas y dimensiones pero sin recobrar sus dimensiones iniciales. Se dividen en plsticos y no plsticos.Plsticos: Masilla, plastilina, etc.

No Plsticos: madera, hierro, etc.

Elasticidad

Propiedad de los slidos de adoptar nuevas medidas y dimensiones, pero luego de terminar la fuerza que deforma el cuerpo vuelve a recuperar sus dimensiones y se dividen en elsticos y no elsticos.

Elsticos: Banda de hule, liga, etc.

No Elsticos: madera, vidrio, etc.

Tensin Superficial

Propiedad que presentan los lquidos que impide que un cuerpo extrao ingrese a l.Viscosidad

Resistencia de un fluido al movimiento; mientras mayor es la viscosidad, mayor es la oposicin al movimiento; los fluidos se dividen en viscosos y no viscosos.Viscosos: miel, aceite, etc.

No Viscosos: agua, gasolina, etc.

Expansibilidad

Capacidad de los gases de ocupar volmenes bastante mayores que el inicial.

Compresibilidad

Capacidad de los gases de poder ocupar volmenes mucho menores.

Se llama FLUIDOS a los lquidos y gases por tener formas variables.

Divisin de la Materia

La materia est dividida en diferentes partes cada vez ms pequeas. Siendo as: Materia Cuerpo Partcula Molcula tomo Corpsculos sub. Atmicos QuarksClases de Materia

Segn el carcter homogneo de la materia sta se divide en 2 tipos principales:

1. Materia Homognea

Es aquella clase de materia que se encuentra formando un todo completamente uniforme; entre los principales tipos de materia homognea tenemos las sustancias puras y las soluciones. A. Sustancia Pura

Es aquella materia homognea cuyas propiedades y composicin qumica permanecen simples, fijas e inalterables. La sustancia pura est constituida por elementos y compuestos. Toda sustancia pura puede ser representada por smbolos y frmulas.a. Elementos:

Es aquella materia homognea formada por un mismo tipo de tomos y se le representa mediante smbolos. Ejemplos: Na, Mg, Ca, etc.

b. Compuestos:

Es aquella materia homognea formada por un mismo tipo de tomos o de tomos diferentes y vienen a ser las MOLCULAS y se les representa mediante frmulas. Ejemplos: H2O, H2SO4, O2, H2, etc.

B. Solucin Es aquella mezcla o dispersin de l ms sustancias en el interior de otra sustancia ms abundante; la solucin se presenta totalmente uniforme tal como si fuera una sustancia pura, pero sin embargo sus propiedades y composicin no son constantes.

2. Materia Heterognea

Es aquel tipo de materia que presenta un aspecto no uniforme, debido a que las sustancias que la conforman no son afines entre si, por lo tanto al cabo de cierto tiempo tienden a separarse. La materia heterognea se divide en 2 tipos: dispersiones y mezclas propiamente dichas.A. Dispersiones

Son aquellas mezclas de 2 mas sustancias que guardan afinidad entre si; una de ellas es siempre la ms abundante y por ello se llama dispersante y la otra se llama disperso. En el caso especfico de las soluciones, el dispersante se llama solvente y el disperso se llama soluto. Segn la afinidad se clasifican en:a. Soluciones:

Son las dispersiones ms homogneas que existen en las que el disperso se distribuye ntima y uniformemente en el interior del dispersante, de tal forma que presentan un aspecto homogneo; en este caso el dispersante se denomina solvente y el disperso se llama soluto. Ej.: jarabe, aire, pvc, gasolina, gas, bebida alcohlica, etc. Nota: Las soluciones de slido en slido se les llama ALEACIONES. Ejemplos:

Bronce: Cu + Sn

Latn: Cu + Zn

Acero: Fe + C

Nota: Las soluciones de un metal lquido con un metal slido se llaman AMALGAMAS. Ejemplo:

Hg + metal

b. Coloides Son las dispersiones que despus de las soluciones tienen el mayor grado de homogeneidad entre el disperso y el dispersante y mucho ms homogeneidad que en el caso de las emulsiones.. Los coloides demoran mucho en el caso de separacin de sus componentes y esto solo se produce en el caso de alteracin de componentes. Ej. Yogurt, helado de crema, gelatina, espuma de afeitar, etc. c. Emulsiones

Son aquellas dispersiones en las que el disperso no se encuentra tan ntimamente distribuido en el interior del dispersante, de tal manera que al fin y al cabo, en un tiempo corto se produce la separacin de componentes. Ej. Agua con aceite.

d. SuspensionesSon aquellas dispersiones en el que la relacin de dispersin y dispersante es mucho menor que en las emulsiones y por lo tanto se separan en un tiempo bastante corto. Ej. Tierra con arcilla.B. Mezcla Propiamente Dicha:

O mezcla burda, es aquella unin entre 2 ms sustancias, la cual no guarda ninguna relacin entre sus componentes los cuales no se distribuyen ntimamente. Ej. Ensalada de frutas, aserrn y viruta, mezcla de construccin.

Combinacin

Est formada por sustancias que se unen para formar otras con propiedades diferentes. Ejemplo:

Hidrgeno y Oxgeno para formar agua

Nota: Toda combinacin qumica es una reaccin y se representa mediante ecuaciones.Estados de Agregacin de la Materia

La materia en la naturaleza presenta 4 estados de agregacin, 3 son comunes y 1 es especial, los estados comunes son: slido, lquido y gaseoso y el estado especial es el estado plasmtico.

SlidoEs el estado de agregacin de la materia en el cual las fuerzas de cohesin (unin) son infinitamente mayores que las fuerzas de repulsin, debido a ello la estructura de los slidos es muy rgida, teniendo a las molculas muy juntas y casi sin espacio para su movimiento, debido a ello la energa cintica de las molculas de un slido es muy baja, el slido tiene forma y volmenes invariables.

Caractersticas: Predomina la fuerza de cohesin

Sus molculas tienen estructura muy rgida, casi sin movimiento

Sus molculas tiene energa mnima.

Presentan forma y volumen variableLquido

Es el estado de agregacin de la materia en el cual las fuerzas de cohesin y repulsin estn prcticamente equilibradas, de tal forma que las molculas se encuentran algo separadas entre si, permitiendo un cierto movimiento, las molculas de un lquido se encuentran entre las molculas del slido y del gas, los lquidos presentan volmenes invariables y su forma depende del recipiente que lo contiene.

Caractersticas: Existe un equilibrio de fuerzas

Sus molculas tienen cierto movimiento

Sus molculas tienen energa intermedia

Presentan volumen invariable y forma variable

Gaseoso

Es el estado de agregacin de la materia en el que las fuerzas de repulsin son mayores que las fuerzas de cohesin, por lo tanto, las molculas de los gases se encuentran muy separadas disponiendo de mucho espacio para su movimiento; los gases tiene alta energa cintica, los gases adoptan la forma y el volumen del recipiente que los contiene.

Caractersticas:

Predomina la fuerza de repulsin

Sus molculas tienen libertad de movimiento

Sus molculas tienen energa muy alta Presentan forma y volumen variable Plasmtico

Es el estado especial de agregacin de la materia que no guarda relacin con los dems estados; el estado plasmtico est constituido por una gran masa neutra, dentro del cual se encuentran iones o partculas cargadas, las cuales interaccionan entre si movindose constantemente en el interior de esa masa neutra. El interior de las estrellas debido a su alta temperatura es el lugar donde abunda el estado plasmtico.

Cambios de Estado de la Materia

Fusin

Es el paso del estado slido al estado lquido, se realiza por calentamiento de la sustancia y aumento de la energa molecular.

Vaporizacin

Es el paso del estado lquido al estado gaseoso, se realiza por calentamiento de la sustancia y aumento de la energa molecular.

Sublimacin

Tambin llamada sublimacin directa, es el paso directo del paso slido al estado gaseoso, sin pasar por el estado lquido y se realiza por calentamiento de la sustancia y aumento de la energa molecular. Condensacin

Tambin llamada licuacin, es el paso del estado gaseoso al estado lquido y se hace por enfriamiento, si hay aumento de presin se llama licuacin, hay disminucin de la energa molecular.

Sublimacin Inversa

Es el paso directo del estado gaseoso al estado slido, sin pasar por el estado lquido, se realiza por enfriamiento de la sustancia, hay disminucin de la energa molecular.

La temperatura a la cual un slido se convierte en lquido o viceversa se denomina punto de fusin que es 0 C. La temperatura para pasar del estado lquido al estado gaseoso o viceversa se denomina ebullicin FenmenoSe llama as al cambio o transformacin que experimenta la materia. Segn la profundidad que alcance dicho cambio, los fenmenos pueden ser:

1. Fenmeno Fsico

Es aquel cambio que ocurre a nivel superficial, no altera a la sustancia en cuanto a su composicin pero s en cuanto a su forma o aspecto, los fenmenos fsicos son reversibles. Ej. Dilatacin de una barra de hierro, cambios de estados fsicos, disolucin de sal en agua, dilatacin de los metales, etc. Caractersticas:

Es un cambio superficial

Solo compromete su estado

Es la misma sustancia

Es reversible2. Fenmeno Qumico

Es aquel cambio que ocurre en un nivel profundo, alterando incluso la composicin qumica de la sustancia a tal punto que se convierte en otra sustancia, los fenmenos qumicos son irreversibles. Ej. Combustin, digestin de alimentos, fermentacin, fotosntesis, etc. Caractersticas: Es un cambio profundo

Cambian sus propiedades

Forman otras sustancias diferentes

Es irreversible

3. Fenmeno Alotrpico

Es aquel cambio que ocurre en un nivel intermedio entre el fenmeno fsico y el fenmeno qumico. Se cambia simplemente a una variedad distinta de la misma sustancia, los fenmenos alotrpicos tambin son irreversibles .Ej. Conversin de grafito en diamante, conversin de ozono en oxgeno, conversin de fsforo rojo en fsforo blanco.Mezcla y Combinacin

Mezcla

Se trata simplemente de juntar 2 ms sustancias sin ninguna proporcin entre si. Ej. Cemento y cascajo.

Combinacin

Se trata de juntar 2 ms sustancias en cantidades proporcionales de tal forma que dan lugar s otro tipo de sustancia con propiedades y composicin diferentes. Ej. Cloro ms hidrgeno para formar cido clorhdrico.Sistema

Se llama as a aquella porcin de materia que se elige para realizar un determinado estudio o anlisis; las superficies fsicas claramente definidas que separan a un sistema del resto se denominan lmites o fronteras del sistema. A todo lo que rodea al sistema por fuera de sus lmites se denomina medio ambiente, exterior o simplemente ambiente exterior. A la superficie que limita con los dems se le llama lmite del sistema.

Fase

Se llama as a cada una de las porciones en que se encuentra dividido el sistema; cada una de las fases del sistema se encuentra separada de la otra por medio de superficies fsicas claramente definidas que se denominan interfase. Segn el nmero de fases del sistema ste se podr denominar: monofsico, bifsico, trifsico, etc.Componente

Son cada una de las sustancias puras que se encuentran formando parte del sistema, en un determinado sistema puede haber una sola sustancia en una o varias fases. Segn el nmero de componentes puede ser: unitario, binario, ternario, cuaternario, etc.

Energa

Capacidad de realizar un trabajo .Todo cambio (fenmeno) fsico, qumico o nuclear que ocurre en cuerpos materiales es causado por la energa. La energa puede ser: 1. Mecnica (cintica o potencial)

2. Calorfica

3. Luminosa

4. Elctrica

5. Electromagntica

6. Nuclear

7. Qumica (nuclear)8. Atmica (nuclear)

9. Biolgica

10. Radiante

Relacin Materia y Energa

Antiguamente materia y energa eran consideradas 2 cosas totalmente independientes sin ninguna relacin entre s, es por ello que en forma separada Lavoisier formul la ley de la conservacin de la materia La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.Joule estableci la ley de la conservacin de la energa La energa no se crea ni se destruye, solo se transforma. A partir de los experimentos nucleares y en base a los experimentos realizados por Einstein y su teora de la relatividad se estableci que materia y energa forman un conjunto el cual tiene mucha relacin entre si, por ello se formul la ley de la conservacin de la materia y de la energa en conjunto ,la cual dice: La materia y la energa no se crean ni se destruyen ,solo se transforman .

E = mtc2E = energa producida por la masa

mt = masa convertida en energa

c = velocidad de la luz

mt = mi-mfmt = masa convertida o descompuesta

mi = masa inicial

mf = masa final o sobrante

E = ergios - Joules

m = gramos - kilogramos

c = centmetros - metros

c = 3 x 1010 cm/s

c = 3 x 108 m/s

Ergios = gcm2/s2Joule = kgm2/s21 calora = 4,186 x 107 ergios

1 Joule = 107ergios

1 megatn = 4,186 x 1022 ergios

1 Joule = 0,24 caloras

Ejemplos:

En un determinado experimento se provoca la descomposicin radiactiva de 0,05g. de uranio, luego de la descomposicin quedan solamente 0,03g. del elemento radiactivo. Qu cantidad de energa se desprendi en el proceso?

Datos:

E =?E = mc2mi = 0,05g. E = (0,02) (3x1010)2

mf = 0,03g. E = (2x10-2) (9x1020) E = 18x1018 ergiosmt = mi - mfmt = 0,05 0,03

mt = 0,02g.

PROBLEMAS1. Cuntas de las siguientes proposiciones son falsas?

A. Toda sustancia es un compuesto.

B. Las soluciones son mezclas homogneas.

C. En las mezclas heterogneas se presentan varias fases.

D. La materia es toda realidad objetiva susceptible de cambios y transformaciones, que puede ser apreciado directa o indirectamente.

E. Microscpicamente la materia puede ser homognea y heterognea: Una materia homognea microscpicamente puede ser heterognea.

F. Los cuerpos o sistemas son porciones limitadas de materia que don nuestro objeto de estudio; pueden ser slidos, lquidos o gaseosos.

G. La materia es de naturaleza corpuscular.

H. La materia est constituida por partculas discretas.

I. Experimentalmente se determina que la materia es discontinua.

a) 7 b) 1 c) 2 d) 6 e) 82. Respecto a las propiedades generales de la materia seale verdadero (V) o falso (F):

A. El universo fsico est constituido de materia y energa.

B. El peso de un cuerpo es el mismo al nivel del mar como en la cima del monte Everest.

C. Los gases poseen masa pero no peso.

a) VVV b) VFV c) FVV d) VFF e) FFF

3. Una sustancia qumica es la materia:

A. Formada por una sola clases de tomos.

B. Gaseosa.

C. Lquida, que como el agua de mar, contiene varias sales disueltas.

D. Formada por una sola clases de molculas.

E. De alto peso molecular.

4. Indica verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:

A. El agua pesada (D2O) est clasificada como una sustancia compuesta.

B. La materia est considerada como toda sustancia que presenta las propiedades de inercia y extensin.

C. Materia es todo aquello que se puede percibir por nuestros sentidos.

a) VVV b) VVF c) FVF d) FFF e) FFF

5. Identifique como cambio fsico (F) o cambio qumico (Q) segn corresponda:

A. La quema de un papel.

B. La condensacin del vapor de agua.

C. La destruccin de la capa de ozono.

a) QFF b) QFQ c) QQQ d) FFF e) QQF

6. Indique el nmero de fenmenos fsicos y qumicos (en ese orden) en la siguiente lista:

A. Dilatacin.

B. Destilacin.

C. Oxidacin.

D. Lluvia cida.

E. Digestin de los alimentos.

F. Descomposicin de la luz.

G. Descomposicin del agua.

H. Corrosin de un material.

7. Cul de los siguientes fenmenos no corresponde a una transformacin qumica?

A. Corrosin de un clavo.

B. Digestin de los alimentos.

C. Evaporacin del agua.

D. Fermentacin de la chicha.

E. Combustin de la materia.

a) A y C b) A y B c) B y C d) C e) D y E

8. Identifique como elemento (E) , compuesto qumico o mezcla (M) los siguientes ejemplos:

A. Aire.

B. Mercurio.

C. Bronce.

D. Agua potable.

E. Diamante.

a) ECEMC b)MEMME c) CEMME d) CECME e) CCMEM

9. Seale el nmero de sustancias y mezclas (en ese orden) que se encuentran en la siguiente lista:

A. Agua potable.

B. Oro de 24 kilates.

C. Alambre de cobre.

D. Alambre de acero.

E. Agua destilada.

F. Medalla de bronce.

G. Ozono.

H. Grafito.

a) 4, 4 b) 5, 3 c) 6, 2 d) 3, 5 e) 2, 6

10. Responde verdadero (V) o falso (F) a las siguientes proposiciones segn corresponda:

A. Una solucin es un ejemplo de cmo la materia puede subdividirse hasta los iones mediante procesos fsicos.

B. Todo proceso de divisin de la materia es un proceso fsico.

C. La divisin de la materia no es infinita, existe un lmite hasta el cual conservar su identidad.

a) VVV b) VFF c) FVV d) VFV e) FFF

11. Con respecto al agua potable, indique si las siguientes proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F).

A. Se trata de una mezcla homognea.

B. Su estado de agregacin es lquido.

C. Responde a la frmula H2O.

a) VVV b) VVF c) VFF d) FFF e) FFV

12. Determine cules de las siguientes mezclas son soluciones:

A. 4 gr. de azcar con 100ml de infusin de t.

B. 2ml de HCl con 18ml de agua.

C. 1 cm3 de aceite con 1cm3 de agua.

a) a, b y c b) a y c c) c d) a y c e) a y b

13. De los siguientes compuestos mencionados a continuacin Cul de ellos se puede clasificar como coloide?

A. Solucin de sal comn.

B. Gasolina.

C. Gelatina.

D. Pisco.

E. Vidrio

14. Indique la relacin incorrecta:

A. Grafito: Sustancia simple

B. Acero: Mezcla de sustancias.

C. Etanol: Compuesto qumico.

D. I2(s) I2(vapor): Sublimacin.

E. O3: Compuesto qumico.

15. En un determinado laboratorio se probar la descomposicin radiactiva de 0,05 g de uranio, luego de la descomposicin quedan solamente 0,03 g del elemento radiactivo. Qu cantidad de energa se desprender en el proceso?16. En la explosin de un determinado proyectil atmico de 15 Kg. De material radiactivo se libera determinada cantidad de calor, luego de la explosin se encontraron 14 Kg. De residuos de material radiactivo cul fue la cantidad de calor liberada en la explosin?

17. En un experimento realizado en el laboratorio, al desintegrar una determinada cantidad de material radiactivo se liberaron 2,7 x 10 exp. 15 ergios de energa Qu cantidad de material radiactivo fue utilizado en el experimento. Expresar el resultado en gramos.

18. Al hacer explosin, un proyectil atmico desprendi una cantidad de energa igual a 7,2 x l0 exp. 17 joule, luego de la explosin se encontraron residuos radiactivos equivalentes a 2 Kg. Cul fue la cantidad de material radiactivo que contena el proyectil antes de hacer explosin?19. Calcule la cantidad de energa que se obtendr por la desintegracin total de 0,08 gramos de un material radiactivo20. Calcule la cantidad de masa en gramos que al ser convertida en energa produjo la cantidad de 3,6 x 1012 ergios

21. Determine la cantidad de caloras que se irradian al explosionar una bomba atmica de kg de masa inicial, recogindose 400g de material de productos.

22. Un protn y un antiprotn al chocar mutuamente, sus masas se transforman totalmente en energa. Calcule la cantidad de energa desprendida.

23. Durante una explosin termonuclear se consumi 7,2g de plutonio. Qu energa se liber?

24. Cuando un kilogramo de uranio sufre fisin nuclear como en la detonacin de la bomba atmica se liberan 9 x 1020ergios de energa al medio ambiente. Calcule la masa final de los productos de la explosin nuclear.25. Determine la masa que se desintegra en la explosin de una bomba de hidrgeno de 10 megatones.

26. En la fabricacin de una bomba atmica se emplearon 450g de material radiactivo plutonio; despus de observar la explosin nuclear se recogieron los productos, obtenindose 400g. Determine la potencia de la explosin en megatones.

27. En la fabricacin de una bomba de plutonio se han empleado 200g de materiales radiactivos; si despus de la explosin se recogieron 199,8g de materiales de productos. Calcule la energa liberada en la explosin termonuclear.

28. Si 12g de una partcula se transforma en energa. Cunta energa se obtiene?

29. A cuntas caloras equivale la energa almacenada en 3g de masa?

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