ciencias naturales 1
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Diversidad, interacciones y cambiosTRANSCRIPT
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Ciencias
naturales I
Mariacutea JoselevichMilena Rosenzvit
Sofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre
Marcela GleiserRodrigo Laje
Diego GalperinAna Sargodoroschi
ldquo N a d a d e l o t r o m u n d o rdquo u n a
i n q u i e t a n t e n o v e l a g r aacute fi c a
C u a d e r n o d e c i e n c i a s
N o t a s m a r g i n a l e s q u e
a c o m p a ntilde a n l a l e c t u r a
A r t iacute c u l o s p e r i o d iacute s t i
y d e d i v u l g a c i oacute n c i e n
E x p e r i e n c i a s h i s t oacute r i c a s y a c t u a l e s
NAP 7ordm ANtildeO Y 1ordm
ANtildeO PBA 1ordm ANtildeO (7ordm ESB)
CABA 7ordm GRADO
Diversidad interaccionesy cambios
F u e r a
d e
S E R I E
R e c u r s o s
a u d i o v i s u a
l e s
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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta
Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten
EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas
AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre
Milena RosenzvitAna Sargorodschi
CorreccioacutenCarolina Calabrese
Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez
Disentildeo de tapaCecilia Aranda
Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda
Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]
Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany
IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg
Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer
copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina
FOTOGRAFIacuteA
Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan
Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina
Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723
Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014
240 p 27 x 21 cm
ISBN 978-987-642-313-7
1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV
Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus
CDD 570712
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Fuera de
SERIE
Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios
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4
Bloque I Los materiales
1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15
Los materiales y sus propiedades16
Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16
Propiedades intensivas y extensivas 17
Medicioacuten de las propiedades extensivas 18
Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19
Temperatura de fusioacuten 19
Temperatura de ebullicioacuten 19
Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19
Conduccioacuten de la electricidad 20
Magnetismo 20
Densidad 20
Propiedades organoleacutepticas 20
Solubilidad 21
Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir
una sustancia por su solubilidad 21
El modelo corpuscular de la materia 22
Los estados de agregacioacuten de la materia23
Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24
Los metales 24
El vidrio 24
Los ceraacutemicos 25
Los plaacutesticos 25
La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26
Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26
Actividades de repaso e integracioacuten 27
2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29
Sistemas materiales 30
Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31
Sustancias puras y mezclas 32
Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32
Clasificacioacuten de las mezclas 33
Mezclas heterogeacuteneas 33
Meacutetodos de separacioacuten de fases 34
Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35
Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35
Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36
Evaporacioacuten 36
Destilacioacuten simple y fraccionada 36
La separacioacuten de sustancias en la industria 37
La solubilidad 38
Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39
Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura
iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39
Solubilidad de gases en liacutequidos40
Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40
Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41
Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41
Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41
Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42
Actividades de repaso e integracioacuten 43
3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45
Los estados de agregacioacuten del agua 46
Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46
La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47
Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten
del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47
El agua como solvente 48
El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49
El agua en la Tierra 49
Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49
El agua potable 50
Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50
Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51
Usos del agua en las actividades humanas 52
Usos consuntivos y no consuntivos 52
Disposicioacuten de las aguas 53
Depuracioacuten de efluentes53
Contaminacioacuten el agua 54
Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54
Actividades de repaso e integracioacuten 55
Bloque 2 El mundo fiacutesico
4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61
Descripcioacuten del movimiento 62
Sistema de referencia 62
Magnitudes escalares y vectoriales 63
Trayectoria 63
Rapidez y velocidad 64
Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas
con y sin carga 65
Medir la rapidez de los cuerpos 65
Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66
La fuerza como medida de interaccioacuten 67
Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67
Superposicioacuten y balance de fuerzas 68
Aceleracioacuten de la gravedad 68
Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69
Inercia y masa 70
Fuerzas de contacto 70
Fuerzas a distancia 71
Diferencia entre masa y peso 71
La fuerza de rozamiento 72
La Ley de Gravitacioacuten Universal 72
La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73
El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74
Actividades de repaso e integracioacuten 75
5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77
Cambios en un sistema 78
Cambios complementarios 78
Sistemas aislado y no aislados 79
Balance de cambios la energiacutea 79
Formas de la energiacutea 80
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
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iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta
Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten
EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas
AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre
Milena RosenzvitAna Sargorodschi
CorreccioacutenCarolina Calabrese
Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez
Disentildeo de tapaCecilia Aranda
Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda
Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]
Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany
IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg
Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer
copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina
FOTOGRAFIacuteA
Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan
Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina
Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723
Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014
240 p 27 x 21 cm
ISBN 978-987-642-313-7
1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV
Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus
CDD 570712
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Fuera de
SERIE
Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios
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4
Bloque I Los materiales
1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15
Los materiales y sus propiedades16
Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16
Propiedades intensivas y extensivas 17
Medicioacuten de las propiedades extensivas 18
Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19
Temperatura de fusioacuten 19
Temperatura de ebullicioacuten 19
Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19
Conduccioacuten de la electricidad 20
Magnetismo 20
Densidad 20
Propiedades organoleacutepticas 20
Solubilidad 21
Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir
una sustancia por su solubilidad 21
El modelo corpuscular de la materia 22
Los estados de agregacioacuten de la materia23
Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24
Los metales 24
El vidrio 24
Los ceraacutemicos 25
Los plaacutesticos 25
La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26
Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26
Actividades de repaso e integracioacuten 27
2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29
Sistemas materiales 30
Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31
Sustancias puras y mezclas 32
Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32
Clasificacioacuten de las mezclas 33
Mezclas heterogeacuteneas 33
Meacutetodos de separacioacuten de fases 34
Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35
Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35
Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36
Evaporacioacuten 36
Destilacioacuten simple y fraccionada 36
La separacioacuten de sustancias en la industria 37
La solubilidad 38
Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39
Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura
iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39
Solubilidad de gases en liacutequidos40
Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40
Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41
Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41
Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41
Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42
Actividades de repaso e integracioacuten 43
3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45
Los estados de agregacioacuten del agua 46
Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46
La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47
Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten
del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47
El agua como solvente 48
El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49
El agua en la Tierra 49
Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49
El agua potable 50
Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50
Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51
Usos del agua en las actividades humanas 52
Usos consuntivos y no consuntivos 52
Disposicioacuten de las aguas 53
Depuracioacuten de efluentes53
Contaminacioacuten el agua 54
Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54
Actividades de repaso e integracioacuten 55
Bloque 2 El mundo fiacutesico
4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61
Descripcioacuten del movimiento 62
Sistema de referencia 62
Magnitudes escalares y vectoriales 63
Trayectoria 63
Rapidez y velocidad 64
Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas
con y sin carga 65
Medir la rapidez de los cuerpos 65
Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66
La fuerza como medida de interaccioacuten 67
Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67
Superposicioacuten y balance de fuerzas 68
Aceleracioacuten de la gravedad 68
Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69
Inercia y masa 70
Fuerzas de contacto 70
Fuerzas a distancia 71
Diferencia entre masa y peso 71
La fuerza de rozamiento 72
La Ley de Gravitacioacuten Universal 72
La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73
El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74
Actividades de repaso e integracioacuten 75
5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77
Cambios en un sistema 78
Cambios complementarios 78
Sistemas aislado y no aislados 79
Balance de cambios la energiacutea 79
Formas de la energiacutea 80
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta
Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten
EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas
AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre
Milena RosenzvitAna Sargorodschi
CorreccioacutenCarolina Calabrese
Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez
Disentildeo de tapaCecilia Aranda
Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda
Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]
Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany
IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg
Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer
copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina
FOTOGRAFIacuteA
Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan
Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina
Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723
Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014
240 p 27 x 21 cm
ISBN 978-987-642-313-7
1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV
Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus
CDD 570712
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Fuera de
SERIE
Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios
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4
Bloque I Los materiales
1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15
Los materiales y sus propiedades16
Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16
Propiedades intensivas y extensivas 17
Medicioacuten de las propiedades extensivas 18
Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19
Temperatura de fusioacuten 19
Temperatura de ebullicioacuten 19
Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19
Conduccioacuten de la electricidad 20
Magnetismo 20
Densidad 20
Propiedades organoleacutepticas 20
Solubilidad 21
Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir
una sustancia por su solubilidad 21
El modelo corpuscular de la materia 22
Los estados de agregacioacuten de la materia23
Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24
Los metales 24
El vidrio 24
Los ceraacutemicos 25
Los plaacutesticos 25
La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26
Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26
Actividades de repaso e integracioacuten 27
2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29
Sistemas materiales 30
Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31
Sustancias puras y mezclas 32
Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32
Clasificacioacuten de las mezclas 33
Mezclas heterogeacuteneas 33
Meacutetodos de separacioacuten de fases 34
Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35
Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35
Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36
Evaporacioacuten 36
Destilacioacuten simple y fraccionada 36
La separacioacuten de sustancias en la industria 37
La solubilidad 38
Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39
Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura
iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39
Solubilidad de gases en liacutequidos40
Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40
Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41
Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41
Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41
Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42
Actividades de repaso e integracioacuten 43
3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45
Los estados de agregacioacuten del agua 46
Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46
La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47
Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten
del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47
El agua como solvente 48
El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49
El agua en la Tierra 49
Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49
El agua potable 50
Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50
Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51
Usos del agua en las actividades humanas 52
Usos consuntivos y no consuntivos 52
Disposicioacuten de las aguas 53
Depuracioacuten de efluentes53
Contaminacioacuten el agua 54
Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54
Actividades de repaso e integracioacuten 55
Bloque 2 El mundo fiacutesico
4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61
Descripcioacuten del movimiento 62
Sistema de referencia 62
Magnitudes escalares y vectoriales 63
Trayectoria 63
Rapidez y velocidad 64
Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas
con y sin carga 65
Medir la rapidez de los cuerpos 65
Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66
La fuerza como medida de interaccioacuten 67
Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67
Superposicioacuten y balance de fuerzas 68
Aceleracioacuten de la gravedad 68
Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69
Inercia y masa 70
Fuerzas de contacto 70
Fuerzas a distancia 71
Diferencia entre masa y peso 71
La fuerza de rozamiento 72
La Ley de Gravitacioacuten Universal 72
La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73
El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74
Actividades de repaso e integracioacuten 75
5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77
Cambios en un sistema 78
Cambios complementarios 78
Sistemas aislado y no aislados 79
Balance de cambios la energiacutea 79
Formas de la energiacutea 80
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Direccioacuten editorialFlorencia N Acher Lanzillotta
Coordinacioacuten editorialPablo Salomoacuten
EdicioacutenAndreacutes AlbornozSofiacutea MartiacutenezSebastiaacuten Vargas
AutoriacuteaDiego GalperinMarcela GleiserMariacutea JoselevichRodrigo LajeSofiacutea MartiacutenezLaura Melchiorre
Milena RosenzvitAna Sargorodschi
CorreccioacutenCarolina Calabrese
Direccioacuten de arteNatalia Fernaacutendez
Disentildeo de tapaCecilia Aranda
Disentildeo de maquetaNatalia Fernaacutendez y Cecilia Aranda
Diagramacioacuten Veroacutenica Trombetta y Silvia Prado [Estudio Golum]
Documentacioacuten fotograacuteficaMariana Jubany
IlustracionesCamila Torre NotariFederico CombiDaniel Zilberberg
Preimpresioacuten y produccioacuten graacuteficaFlorencia Schaumlfer
copy 2014 EdelvivesAv Callao 224 2ordm piso Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires(C1022AAP) Argentina
FOTOGRAFIacuteA
Experiencias Paula BonacorsiPaacutegina 50 Beatrice Murchcc by 20 P 54 Martiacuten KatzGreenpeace p55 Argmdacc by-sa30 p111 ESOS Brunier p128 Nicolas Peacuterezcc by 20 p130 copy Greenpeace Martin Katzp169 Tangopasocc by-sa 30 p170 Bengt Nymancc by 20 p 175 Halley Pacheco deOliveiracc by-sa 30 p178 KeresHcc by-sa 30 p186 Nathan Readingcc by 20 p186MarkusHagenlochercc by-sa 30 p199 copy Greenpeace Martin Katz p220 Bill Rhodesccby 20 NASA imagescomShutterstock Yury Kosourov Sergey Nivens Sergio Stakhnyk emin kuliyev RomboStudioLena Lir photopixel Africa Studio 2xSamaracom Rueangrit Srisuk relax_gap Ivan Banchevbibiphoto Jultud Marques blackboard1965 SergeBertasiusPhotography racorn GiuseppeParisi Olaf Speier matteo sani meunierd Bryan Pollard Mykhaylo Palinchak l i g h t p oe t next143 zhangyang13576997233 pedrosala Viacheslav Nikolaenko Ulga My GoodImages Henri et George LIUSHENGFILM D Pimborough Yermolov M Unal Ozmen ArveBettum You Touch Pix of EuToch BlueRingMedia Slavo Valigursky Aleksei Lazukov AlbertoPeacuterez Veiga Gabriele Maltinti Piotr Krzeslak Tyler Olson Yongyut Kumsri arhip4 haveseenFooTToo peresanz Richart777 TDway khlongwangchao Ksenia Ragozina demarcomediamj007 David Steele design56 Mariano N Ruiz Smileus pedrosala molekuulbe Ian GraingerGary C Tognoni Jason X Pacheco lzf Giovanni Cancemi bofotolux aleksandr hunta RobinNieuwenkamp kerstiny Jarous Madlen vvvita Ihar Palitanski KPG Payless2 EkachaiSathittaweechai irisphoto1 Rostislav Glinsky Marsan nico99 zcw c12 Dirk Ercken areeya_ann Tracy Starr Matt Gibson schankz Amir Ridhwan smereka edography SassyWitch-Studio RnDmS thatreec ileana_bt Eduard Kyslynskyy francesco de marco Filipe Frazao IngeJansen Valentyna Chukhlyebova UGREEN 3S Alila Medical Media Sebastian Kaulitzki leonellocalvetti S K Chavan Linda Bucklin stihii Designua Kesu Vankad Puwadol JaturawutthichaiJakub Cejpek sciencepics Blamb BlueRingMedia stockshoppe Alex Luengo Arina P HabichCathy Keifer Rido design36 Tomislav Pinter Galina Barskaya Hayati Kayhan
Este libro se terminoacute de imprimir en el mes de octubre de 2014en FP Compantildeiacutea Impresora Buenos Aires Argentina
Reservados todos los derechos de la edicioacuten por la Fundacioacuten Edelvives Queda rigurosamenteprohibida sin la autorizacioacuten escrita de los titulares del copyright bajo las sancionesestablecidas en las leyes la reproduccioacuten total o parcial de esta obra por cualquier medio oprocedimiento comprendidos la reprografiacutea y el tratamiento informaacutetico y la distribucioacutende los ejemplares de ella mediante alquiler o preacutestamo puacuteblico Queda hecho el depoacutesito quedispone la ley 11723
Ciencias naturales 7-1 Milena Rosenzvit [etal] coordinado por PabloSalomoacuten dirigido por Florencia N Acher Lanzillotta edicioacuten a cargo deSebastiaacuten Vargas Sofiacutea Martiacutenez y Andreacutes Albornoz ilustrado porGerardo Baroacute - 1ordf ed - Ciudad Autoacutenoma de Buenos Aires Edelvives 2014
240 p 27 x 21 cm
ISBN 978-987-642-313-7
1 Ciencias Naturales 2 Ensentildeanza Secundaria I Rosenzvit MilenaII Salomoacuten Pablo A coord III Acher Lanzillotta Florencia N dir IV
Vargas Sebastiaacuten ed V Martiacutenez Sofiacutea ed VI Baroacute Gerardo ilus
CDD 570712
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Fuera de
SERIE
Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios
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4
Bloque I Los materiales
1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15
Los materiales y sus propiedades16
Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16
Propiedades intensivas y extensivas 17
Medicioacuten de las propiedades extensivas 18
Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19
Temperatura de fusioacuten 19
Temperatura de ebullicioacuten 19
Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19
Conduccioacuten de la electricidad 20
Magnetismo 20
Densidad 20
Propiedades organoleacutepticas 20
Solubilidad 21
Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir
una sustancia por su solubilidad 21
El modelo corpuscular de la materia 22
Los estados de agregacioacuten de la materia23
Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24
Los metales 24
El vidrio 24
Los ceraacutemicos 25
Los plaacutesticos 25
La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26
Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26
Actividades de repaso e integracioacuten 27
2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29
Sistemas materiales 30
Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31
Sustancias puras y mezclas 32
Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32
Clasificacioacuten de las mezclas 33
Mezclas heterogeacuteneas 33
Meacutetodos de separacioacuten de fases 34
Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35
Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35
Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36
Evaporacioacuten 36
Destilacioacuten simple y fraccionada 36
La separacioacuten de sustancias en la industria 37
La solubilidad 38
Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39
Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura
iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39
Solubilidad de gases en liacutequidos40
Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40
Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41
Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41
Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41
Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42
Actividades de repaso e integracioacuten 43
3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45
Los estados de agregacioacuten del agua 46
Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46
La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47
Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten
del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47
El agua como solvente 48
El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49
El agua en la Tierra 49
Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49
El agua potable 50
Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50
Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51
Usos del agua en las actividades humanas 52
Usos consuntivos y no consuntivos 52
Disposicioacuten de las aguas 53
Depuracioacuten de efluentes53
Contaminacioacuten el agua 54
Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54
Actividades de repaso e integracioacuten 55
Bloque 2 El mundo fiacutesico
4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61
Descripcioacuten del movimiento 62
Sistema de referencia 62
Magnitudes escalares y vectoriales 63
Trayectoria 63
Rapidez y velocidad 64
Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas
con y sin carga 65
Medir la rapidez de los cuerpos 65
Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66
La fuerza como medida de interaccioacuten 67
Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67
Superposicioacuten y balance de fuerzas 68
Aceleracioacuten de la gravedad 68
Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69
Inercia y masa 70
Fuerzas de contacto 70
Fuerzas a distancia 71
Diferencia entre masa y peso 71
La fuerza de rozamiento 72
La Ley de Gravitacioacuten Universal 72
La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73
El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74
Actividades de repaso e integracioacuten 75
5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77
Cambios en un sistema 78
Cambios complementarios 78
Sistemas aislado y no aislados 79
Balance de cambios la energiacutea 79
Formas de la energiacutea 80
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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11
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12
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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14
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Fuera de
SERIE
Cienciasnaturales IDiversidad interaccionesy cambios
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4
Bloque I Los materiales
1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15
Los materiales y sus propiedades16
Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16
Propiedades intensivas y extensivas 17
Medicioacuten de las propiedades extensivas 18
Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19
Temperatura de fusioacuten 19
Temperatura de ebullicioacuten 19
Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19
Conduccioacuten de la electricidad 20
Magnetismo 20
Densidad 20
Propiedades organoleacutepticas 20
Solubilidad 21
Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir
una sustancia por su solubilidad 21
El modelo corpuscular de la materia 22
Los estados de agregacioacuten de la materia23
Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24
Los metales 24
El vidrio 24
Los ceraacutemicos 25
Los plaacutesticos 25
La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26
Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26
Actividades de repaso e integracioacuten 27
2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29
Sistemas materiales 30
Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31
Sustancias puras y mezclas 32
Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32
Clasificacioacuten de las mezclas 33
Mezclas heterogeacuteneas 33
Meacutetodos de separacioacuten de fases 34
Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35
Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35
Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36
Evaporacioacuten 36
Destilacioacuten simple y fraccionada 36
La separacioacuten de sustancias en la industria 37
La solubilidad 38
Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39
Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura
iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39
Solubilidad de gases en liacutequidos40
Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40
Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41
Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41
Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41
Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42
Actividades de repaso e integracioacuten 43
3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45
Los estados de agregacioacuten del agua 46
Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46
La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47
Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten
del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47
El agua como solvente 48
El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49
El agua en la Tierra 49
Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49
El agua potable 50
Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50
Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51
Usos del agua en las actividades humanas 52
Usos consuntivos y no consuntivos 52
Disposicioacuten de las aguas 53
Depuracioacuten de efluentes53
Contaminacioacuten el agua 54
Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54
Actividades de repaso e integracioacuten 55
Bloque 2 El mundo fiacutesico
4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61
Descripcioacuten del movimiento 62
Sistema de referencia 62
Magnitudes escalares y vectoriales 63
Trayectoria 63
Rapidez y velocidad 64
Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas
con y sin carga 65
Medir la rapidez de los cuerpos 65
Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66
La fuerza como medida de interaccioacuten 67
Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67
Superposicioacuten y balance de fuerzas 68
Aceleracioacuten de la gravedad 68
Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69
Inercia y masa 70
Fuerzas de contacto 70
Fuerzas a distancia 71
Diferencia entre masa y peso 71
La fuerza de rozamiento 72
La Ley de Gravitacioacuten Universal 72
La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73
El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74
Actividades de repaso e integracioacuten 75
5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77
Cambios en un sistema 78
Cambios complementarios 78
Sistemas aislado y no aislados 79
Balance de cambios la energiacutea 79
Formas de la energiacutea 80
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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11
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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14
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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4
Bloque I Los materiales
1 Los materiales y sus propiedadesiquestDe queacute material estaacute hecho iquestCoacutemo averiguarlo 15
Los materiales y sus propiedades16
Mientras tanto ldquoLa historia de la lamparita incandescenterdquo 16
Propiedades intensivas y extensivas 17
Medicioacuten de las propiedades extensivas 18
Sistemas de unidades 18Las propiedades intensivas 19
Temperatura de fusioacuten 19
Temperatura de ebullicioacuten 19
Mientras tantohellip ldquoLa temperatura y sus escalasrdquo 19
Conduccioacuten de la electricidad 20
Magnetismo 20
Densidad 20
Propiedades organoleacutepticas 20
Solubilidad 21
Notas de laboratorio Nordm 1 iquestCoacutemo distinguir
una sustancia por su solubilidad 21
El modelo corpuscular de la materia 22
Los estados de agregacioacuten de la materia23
Mientras tantohellip ldquoRiacuteos de metano en Titaacutenrdquo 23Los materiales en la historia 24
Los metales 24
El vidrio 24
Los ceraacutemicos 25
Los plaacutesticos 25
La ldquohuella digitalrdquo de los materiales 26
Mientras tantohellip ldquoMateriales y naves espacialesrdquo 26
Actividades de repaso e integracioacuten 27
2 Las mezclasiquestExisten los liacutequidos magneacuteticos29
Sistemas materiales 30
Fases de un sistema 31Sistemas homogeacuteneos y heterogeacuteneos 31
Sustancias puras y mezclas 32
Notas Nordm 2 iquestDe queacute estaacuten hechas las cosas 32
Clasificacioacuten de las mezclas 33
Mezclas heterogeacuteneas 33
Meacutetodos de separacioacuten de fases 34
Mezclas homogeacuteneas o soluciones 35
Mientras tantohellip ldquoSe usaraacute una nueva aleacioacutenrdquo 35
Meacutetodos de separacioacuten de mezclas homogeacuteneas 36
Evaporacioacuten 36
Destilacioacuten simple y fraccionada 36
La separacioacuten de sustancias en la industria 37
La solubilidad 38
Solubilidad de soacutelidos en liacutequidos 38Las variaciones en la solubilidad 39
Notas Nordm 3 Al aumentar la temperatura
iquestcuaacutento aumentaraacute la solubilidad 39
Solubilidad de gases en liacutequidos40
Solubilidad de liacutequidos en liacutequidos 40
Solubilidad de soacutelidos en soacutelidos 41
Meacutetodos de purificacioacuten del oro 41
Mientras tantohellip ldquoEl oro en la exploracioacuten del espaciordquo 41
Separacioacuten de fases en la industria alimenticia 42
Actividades de repaso e integracioacuten 43
3 El aguaiquestEn queacute estados se encuentra el agua en la Tierra 45
Los estados de agregacioacuten del agua 46
Mientras tantohellip ldquoiquestCoacutemo se forman las nubesrdquo46
La presioacuten y la temperatura de ebullicioacuten 47
Notas Nordm 4 iquestCoacutemo cambia la temperatura de ebullicioacuten
del agua seguacuten la presioacuten atmosfeacuterica 47
El agua como solvente 48
El agua y los seres vivos 48El agua en el espacio 49
El agua en la Tierra 49
Mientras tantohellip ldquoDiaacutelogos en el espaciordquo 49
El agua potable 50
Mientras tantohellip ldquoEl Palacio de las Aguas Corrientesrdquo 50
Obtencioacuten y potabilizacioacuten 51
Usos del agua en las actividades humanas 52
Usos consuntivos y no consuntivos 52
Disposicioacuten de las aguas 53
Depuracioacuten de efluentes53
Contaminacioacuten el agua 54
Mientras tantohellip ldquoLa contaminacioacuten en el Riachuelordquo 54
Actividades de repaso e integracioacuten 55
Bloque 2 El mundo fiacutesico
4 Movimientos y fuerzasiquestPor queacute orbitan los sateacutelites 61
Descripcioacuten del movimiento 62
Sistema de referencia 62
Magnitudes escalares y vectoriales 63
Trayectoria 63
Rapidez y velocidad 64
Notas Nordm 5 iquestCuaacutel es la rapidez de las hormigas
con y sin carga 65
Medir la rapidez de los cuerpos 65
Causas del movimiento 66Interacciones maacutes generales 66
La fuerza como medida de interaccioacuten 67
Efecto de una fuerza aceleracioacuten 67
Superposicioacuten y balance de fuerzas 68
Aceleracioacuten de la gravedad 68
Mientras tantohellip ldquoAristoacuteteles Galileo y la caiacutedardquo 69
Inercia y masa 70
Fuerzas de contacto 70
Fuerzas a distancia 71
Diferencia entre masa y peso 71
La fuerza de rozamiento 72
La Ley de Gravitacioacuten Universal 72
La atraccioacuten gravitatoria una interaccioacuten mutua73
El peso como aproximacioacuten 73Caiacutedas y oacuterbitas 74
Actividades de repaso e integracioacuten 75
5 La energiacuteaiquestQueacute formas de energiacutea existen 77
Cambios en un sistema 78
Cambios complementarios 78
Sistemas aislado y no aislados 79
Balance de cambios la energiacutea 79
Formas de la energiacutea 80
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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11
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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5
Energiacutea cineacutetica 80
Energiacutea potencial o de interaccioacuten 81
Mientras tantohellip ldquoLa combustioacuten y los cohetesrdquo 83
Energiacutea teacutermica 84
Energiacutea de radiacioacuten 84
Mientras tantohellip ldquoEnergiacutea nuclear en la Argentinardquo 84
La ldquoescalerardquo de energiacutea 85
Trabajo calor y energiacutea 86
El calor como transferencia de energiacutea teacutermica 86El trabajo como transferencia mecaacutenica de energiacutea 86
Maacutequinas simples 87
La palanca 87
El plano inclinado 87
La polea 87
Conservacioacuten de la energiacutea 88
Sistemas aislados cerrados y abiertos 88
Actividades de repaso e integracioacuten 89
6 Intercambios de energiacuteaiquestCoacutemo comunicarse con extraterrestres 91
Temperatura y calor 92
La temperatura y el sentido del tacto 92
Notas Nordm 6 iquestHay una relacioacuten uniacutevoca entre la temperaturareal de un objeto y la temperatura que percibimos 92
Mecanismos de transferencia de energiacutea teacutermica 92
La temperatura y los termoacutemetros 93
Equilibrio teacutermico cambios de temperatura y calor 93
Calor o conduccioacuten 94
Conveccioacuten 94
Radiacioacuten 95
Aislamiento teacutermico derroche y uso eficiente de la energiacutea 95
Temperatura y materia 96
Cambios de tamantildeo por temperatura 96
Temperatura calor y cambios de fase 96
El agua y el calor 97
Densidad maacutexima del agua liacutequida 97Hielo menos denso que el agua liacutequida 97
Ondas perturbaciones que se propagan 98
Ondas materiales ondas electromagneacuteticas y energiacutea 98
Frecuencia longitud de onda amplitud y velocidad 99
Atenuacioacuten con la distancia 99
El sonido 100
Altura e intensidad de un tono 100
Velocidad del sonido 100
Ondas electromagneacuteticas 101
El espectro electromagneacutetico 101
Ultravioleta 101
Luz visible y colores 102
Infrarrojo y calor 102
Microondas 102Ondas de radio 102
Actividades de repaso e integracioacuten 103
Bloque 3 La Tierra y el Universo
7 La Tierra y el Sistema SolariquestCuaacutel es nuestro lugar en el universo 109
La observacioacuten del cielo 110
Las cosas ldquorarasrdquo del cielo nocturno 111
Figuras en el cielo 112
Cambios y regularidades en el cielo 113
Notas Nordm 7 iquestCambia de posicioacuten la Luna con el correr
de las horas 113
El cielo da vueltas 114
Un reloj en el cielo nocturno 115
Notas Nordm 8 iquestSe puede usar la Cruz como un calendario115
Las fases lunares 116
Los planetas en el cielo 117
Mientras tantohellip ldquoEl desafiacuteo de los tres planetasrdquo 117Un orden posible para el Universo 118
Otro orden posible el Sol en el centro 119
El Sol ya no es el centro 120
Actividades de repaso e integracioacuten 121
8 La Tierra y sus recursosiquestLos seres humanos son capaces de contaminar
el espacio 123
Los recursos de la Tierra 124
Los subsistemas terrestres 124
Los recursos y los materiales 127
El uso de los materiales a traveacutes del tiempo 127
Los recursos y la energiacutea 128
Mientras tanto ldquoLa revolucioacuten de la energiacuteardquo 128Recursos renovables y no renovables 129
El uso de los recursos y la generacioacuten de residuos 129
La gestioacuten de los residuos y las consecuencias ambientales 130
El problema de las bolsas de plaacutestico 130
La basura fuera de la Tierra 131
Mientras tantohellip ldquoUna enorme bola de basurardquo 131
Opciones para la gestioacuten de residuos 132
Mientras tantohellip ldquoPrograma de recicladordquo 132
Las tres R reducir reusar reciclar 133
Notas Nordm 9 iquestQueacute porcentaje de los materiales
que desechamos puede recuperarse 133
El cuidado de los recursos y las energiacuteas renovables 134
Actividades de repaso e integracioacuten 135
Bloque 4 Los seres vivos
9 Unidad y diversidad de la vidaiquestCoacutemo seriacutea si existiera la vida extraterrestre141
La composicioacuten quiacutemica de los seres vivos 142
Los niveles de organizacioacuten de los seres vivos 143
Los seres vivos como sistemas abiertos 144
Los seres vivos se relacionan con el ambiente 145
Notas Nordm 10 iquestCoacutemo reaccionan
las lombrices ante los estiacutemulos del ambiente 145
La regulacioacuten del medio interno 146
Los seres vivos se reproducen147
Los seres vivos se autoproducen 148Mientras tantohellip ldquoA 40 antildeos de la autopoiesisrdquo 148
Los seres vivos cambian y se diversifican 149
Mientras tantohellip ldquoDiario de viaje de Darwin en el Beaglerdquo 149
La evolucioacuten y la adaptacioacuten a los ambientes 150
La biodiversidad 151
Mientras tantohellip ldquoConsumo publicidad y seres vivosrdquo 151
Clasificar la vida 152
Organizar la biodiversidad en el presente 153
Las caracteriacutesticas que comparten los seres vivos 154
Actividades de repaso e integracioacuten 155
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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11
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12
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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14
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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6
10 Los seres vivos autoacutetrofosiquestDe queacute se alimentan las plantas 157
La nutricioacuten de las plantas 158
Notas Nordm 11 iquestDe queacute se alimentan las plantas 158
La fotosiacutentesis 159
Diversidad de autoacutetrofos 160
Protistas fotoautoacutetrofos 161
Mientras tantohellip ldquoRecomendaciones acerca
de la marea rojardquo 161Bacterias fotosintetizadoras 162
Otros seres vivos autoacutetrofos las bacterias
quimiosinteacuteticas 164
Necesidades nutricionales de los autoacutetrofos 165
Notas Nordm 12 iquestLas plantas crecen de la misma manera
si no hay nutrientes en el suelo 165
La circulacioacuten de los nutrientes en las plantas 166
El cuerpo de las algas pluricelulares y unicelulares 167
Relacioacuten de las plantas con el medio 168
Notas Nordm 13 iquestLas plantas captan las sentildeales del entorno 168
Las plantas y los estiacutemulos 169
Nastias y tropismos 169
Fotoperiodicidad y latencia 170
Actividades de repaso e integracioacuten 171
11 Los seres vivos heteroacutetrofosiquestSolo los animales se alimentan de otros seres vivos 174
La nutricioacuten de los animales 174
La alimentacioacuten de los vertebrados 175
La alimentacioacuten en los vertebrados 176
Notas Nordm 14 iquestCoacutemo se relaciona el aparato bucal
de un insecto con su alimentacioacuten 176
La digestioacuten de los animales 177
Mientras tantohellip ldquoVacas mochilerasrdquo 177
Diversidad de seres vivos heteroacutetrofos 178
Los protistas heteroacutetrofos 179
Las bacterias heteroacutetrofas 180Los hongos 181
La organizacioacuten del cuerpo de los heteroacutetrofos 182
Notas Nordm 15 iquestCoacutemo puede diferenciarse el micelio
de los hongos del plasmodio de los mixomicetes 182
Los mecanismos heteroacutetrofos en el ambiente 183
Importancia de los microorganismos heteroacutetrofos
para el ser humano 184
Actividades de repaso e integracioacuten 185
12 Los ecosistemasiquestCoacutemo se relacionan los seres vivos con el ambiente 187
Los ambientes naturales 188
Ecologiacutea sistemas y ecosistemas 188
Los componentes de los ecosistemas 189Las interacciones en un ecosistema190
Las relaciones dentro de una comunidad 191
Las relaciones alimentarias en una comunidad 192
Cadenas troacuteficas 192
Notas Nordm 16 iquestEl tamantildeo de una poblacioacuten influye en
el tamantildeo de las poblaciones de sus predadores 193
Redes troacuteficas 193
La materia en los ecosistemas 194
La materia se recicla 194
Los ciclos de la materia 195
Ciclo del carbono 195
Ciclo del nitroacutegeno 195
Notas Nordm 17 iquestCoacutemo influye la presencia de hongos
descomponedores en el crecimiento de las plantas196
Mientras tantohellip ldquoLos anillos de hadasrdquo 196
La energiacutea fluye 197
El estudio de los ecosistemas 198
Desequilibrios peligrosos 199
Mientras tantohellip ldquoLos polizones de cola largardquo 200Acciones humanas responsables 200
Actividades de repaso e integracioacuten 201
13 El organismo humano como sistemaiquestCoacutemo se comunican los sistemas del cuerpo 203
Las funciones del cuerpo humano 204
La organizacioacuten del cuerpo humano 204
La organizacioacuten de los sistemas del cuerpo 205
La funcioacuten de sosteacuten y movimiento
el sistema osteoartromuscular 206
Mientras tantohellip ldquoLas proacutetesis y los deportesrdquo 207
La funcioacuten de nutricioacuten y los sistemas 208
La funcioacuten de relacioacuten control y regulacioacuten 209
El sistema nervioso 209Notas Nordm 18 iquestCoacutemo se modifican la frecuencia
cardiacuteaca y la respiratoria con la actividad fiacutesica 210
Los estiacutemulos y los sentidos 211
El sistema endocrino212
La funcioacuten de defensa el sistema inmunoloacutegico 213
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad celiacuteaca y la ley celiacuteacardquo 213
La funcioacuten de reproduccioacuten 214
El sistema reproductor masculino 214
El sistema reproductor femenino 215
Mientras tantohellip ldquoCasi con la precisioacutenrdquo 215
El desarrollo y los cambios en la adolescencia 216
La produccioacuten de las ceacutelulas sexuales masculinas
y femeninas 216Actividades de repaso e integracioacuten 217
14 Nutricioacuten y alimentacioacuten en el ser humanoiquestCoacutemo se eliminan del cuerpo las sustancias de desecho 219
Los nutrientes como materiales del cuerpo 220
Mientras tantohellip ldquoLa enfermedad de los marinerosrdquo 220
Notas Nordm 19 iquestInfluye la dieta en la enfermedad
de los marineros 221
La importancia de los nutrientes en la dieta 221
La funcioacuten de los nutrientes 222
Alimentacioacuten y nutricioacuten dos conceptos diferentes 223
La alimentacioacuten en los seres humanos 224
La nutricioacuten en los seres humanos 225
La digestioacuten 226La absorcioacuten de los nutrientes 227
Las glaacutendulas anexas 227
Mientras tantohellip ldquoExperimentos del pasadordquo 227
La circulacioacuten 228
El corazoacuten 229
El movimiento del corazoacuten 229
La respiracioacuten 230
La excrecioacuten 231
Mientras tantohellip ldquoAprender a comer sanordquo 232
Actividades de repaso e integracioacuten 233
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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7
Sobre el margen de las paacuteginas encon-traraacuten anotaciones que acompantildearaacuteny guiaraacuten la lectura
Notas de laboratorioPropuestas de trabajo para el desarrollo de
competencias experimentales genuinasInvita a reproducir experiencias histoacutericas oactuales
iquestQuieacuten dijo que solo se aprende aimaginar e interpretar experimentos en ellaboratorio
iquestCoacutemo eseste libro
En laacutepiz van a encontrar preguntasy actividades que los ayudaraacuten acomprender el tema
En birome se incluyen aclaraciones sobrepalabras desconocidas propuestas pararevisar otras partes del libro e ideasclave sobre los contenidos de la paacutegina
Cada vez que encuentren una imagen comoesta preparen el celu la tablet o la netbookEstos coacutedigos les permiten acceder a loscontenidos audiovisuales con solo apuntarcon la caacutemara de sus dispositivos
Al finalizar cada capiacutetulo van a encontrarvariedad y riqueza de actividades derepaso e integracioacuten que desarrollan suscompetencias cognitivo-cientiacuteficas iexclAyudana desarrollar el pensamiento cientiacutefico
Conclusiones que vinculanel enigma de la apertura conlos contenidos del capiacutetuloDe este modo se aplican losaprendizajes en el anaacutelisis de
casos concretos iexclBueniacutesimo
Mientras tanto en otro lugarPorque no hay una uacutenica fuente deinformacioacuten que sea vaacutelida paracomprender un tema el libro incluyepropuestas para el anaacutelisis de loscontenidos cientiacuteficos a traveacutes dela oacuteptica de los medios masivos decomunicacioacuten el cine la literatura yotros productos culturales
P ar a t e ne r maacutes inf or mac ioacuten sobr e e l uso d e l os c oacuted igos QR v isit e n l a siguie nt e d ir e c c ioacuten
h tt p bit l y E DVC N007
iexclEl libro estaacute lleno de recortes dediarios revistas folletos y libros
ldquoNada del otro mundordquoUna novela graacutefica que plantea varios enigmas enlos que las ciencias tienen mucho para aportar Hallazgos inesperados alteran las vacaciones deun grupo de viejos amigos Figuras extrantildeas en
el cielo campos marcados con ciacuterculos piezas denaves espacialesVarios enigmas iquestuna uacutenica respuesta iquestNos visi-tan los extraterrestres iquestPueden las ciencias na-turales ayudarnos a responder a esta preguntaiquestSe animan a acompantildear a los protagonistas pararesolver el misterio
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iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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8
iquestC oacute mo av e r iguar si e l ldquo mo c o rdquo e s p r o d uc id o p o r un se r v iv o iexclV e r c ap iacute t ul o 9
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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9
iquestE xisten losex tra terr es tresiquestQueacute dice l a ciencia al
r espec to iexclInv estigar
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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10
iquestBas t a que v ar ios
sucesos hay an ocur r ido al mismo t iem po par a
af ir mar que f uer on
causados por el mismo
f enoacutemeno
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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13
iquestSe puede av er iguar de
queacute ma t er ial es t aacute hecho
un ob je t o iquestCoacutemoiexclVer ca piacute t ul o 1
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14
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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iquestDe queacute material estaacute hechoiquestCoacutemo averiguarlo
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155
1
iquestQueacute meacute t o d o s e x ist e n p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial iquestC uaacutel e s so n l o s e l e me nt o s maacutes c o mune s e n e l univ e r so iquestY e n l a
T ie r r a
Con t inuar aacute en l a paacutegina 29
1
Bloque I
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Los materiales y sus propiedades
La sociedad humana cambia en el tiempo y tambieacuten desarrolla los objetos
que utiliza la utilidad que les da y su habilidad para modificarlos Los vehiacute-
culos modernos por ejemplo se construyen con materiales muy distintos de
los que se usaban antiguamente En la actualidad es posible viajar a lugares
muy distantes de manera raacutepida coacutemoda y segura en automoacuteviles y aviones
fabricados con materiales muy resistentes y a la vez relativamente livianosPero iquestcoacutemo se elige el material adecuado para cada uso iquestSe emplean los
mismos materiales en un auto familiar que en una nave espacial
Las caracteriacutesticas de los materiales aquellas que se estudian para saber
si son uacutetiles para un propoacutesito en particular se llaman propiedades
n la eacutepoca de Edison muchosinvestigadores buscaban mejorar
las formas de iluminacioacuten de las vi- viendas y de la viacutea puacuteblica Por aquel
entonces se empleaban para ello laacutem-paras de gas o de queroseacuten que ade-maacutes de brindar una iluminacioacuten po-bre implicaban un gasto muy grandeLos cientiacuteficos e inventores sabiacutean quealgunos materiales se calientan cuan-do a traveacutes de ellos circula corrienteeleacutectrica y que al calentarse emitenluz Se pensaba que aquel fenoacutemenopodiacutea aprovecharse para hallar unasolucioacuten al problema de la luz arti-ficial pero la posible solucioacuten debiacuteasuperar un obstaacuteculo importante
para que la generacioacuten de luz resulta-ra eficiente el material elegido debiacuteallevarse a una temperatura muy alta
pero sin que el material se ablandarase agrietara ni se fundiera
Edison mientras buscaba inven-tar una laacutempara eleacutectrica proboacute con
muchiacutesimos materiales Patentoacute unade las primeras lamparitas incandes-centes usando filamentos de carboacutenque obteniacutea quemando tiras de papelfilamentos de coco o hilos de algodoacutenentre otros materiales Pero todos es-tos materiales duraban muy poco
Antes de Edison otros investiga-dores habiacutean descubierto que el pla-tino era un buen material para cons-truir filamentos para una lamparitaporque soporta temperaturas de hasta1768 degC sin fundirse y al ser un metal
conduce muy bien la corriente eleacutec-trica pero el platino era demasiadocaro Edison proboacute con otros metales
maacutes baratos pero no consiguioacute lo quebuscaba el paladio se agrietaba y bur-bujeaba el niacutequel se oxidaba con fa-cilidad el rutenio el iridio y el rodio
tampoco funcionaronEl problema fue resuelto en 1907por los austriacuteacos Alexander Just yFranz Hanaman con la ayuda de Wi-lliam Coolidge cuando desarrollaronla famosa lamparita de tungstenoque es la que se usoacute hasta hace muypoco tiempo cuando se reemplazoacutepor las laacutemparas de bajo consumoque funcionan con gases fluorescen-tes Aunque no fue Edison el quefinalmente patentoacute la laacutempara detungsteno su trabajo fue fundamen-
tal para que otros pudieran llevar esasinvestigaciones a buen puerto
TECNOLOGIacuteA EN LA HISTORIA
LA HISTORIA DE LA
LAMPARITA INCANDESCENTEThomas Alva Edison (1847-1931) fue un exitoso inventor y empresario
estadounidense Patentoacute maacutes de mil inventos muchos de los cuales cambiaron
para siempre la vida de las personas Uno de los maacutes conocidos es sin dudas
la lamparita eleacutectrica
E
iquestPar a queacute se puede usar un
ma t er ial
iexcl Analizar sus pr opie d ad e s
iquestQueacute c ond ic ione s d e biacutea re unir e l mat e r ial que l os c ie nt iacute f ic os buscaban par a fabr ic ar e l f ilame nt o d e l a l aacutempar a inc and e sc e nt e
Los investigadores sebasan en el trabajo deotros cientiacuteficos que losprecedieron y asiacute reuacutenenmaacutes informacioacuten e ideassobre un tema
Thomas Alva Edison
16
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Propiedades intensivas y extensivas
Al seleccionar queacute material conviene utilizar para fabricar un objeto hay
que analizar queacute requisitos debe cumplir el material para resultar adecua-
do para ese uso Por ejemplo se debe determinar si se quiere que el objeto
que se elabore sea capaz de conducir la corriente eleacutectrica de calentarse de
emitir luz de resultar atraiacutedo por imanes entre muchas otras posibilidades
En definitiva hay que reconocer las propiedades que los materiales busca-dos deberiacutean tener
Muchas propiedades no dependen de la cantidad de material conside-
rada Por ejemplo cualquier objeto de platino sea cual sea su forma y su
tamantildeo es soacutelido a temperaturas menores a 1768 degC y conduce la corriente
eleacutectrica De la misma manera los cables de cobre conducen la electricidad
sin importar cuaacuten largos y delgados sean
Estas propiedades son intriacutensecas para cada material y estaacuten relaciona-
das con su estructura interna se las llama propiedades intensivas o especiacutefi-
cas La temperatura a la que hierve una sustancia la cantidad de ese mate-
rial que cabe en un determinado volumen y si es atraiacutedo o no por un imaacuten
son tambieacuten ejemplos de propiedades intensivas
Hay otras propiedades de los materiales que siacute tienen que ver con la can-
tidad de materia considerada es decir con la extensioacuten del objeto que se estaacute
estudiando A estas propiedades se las llama extensivas o generales Mediante
el estudio de estas propiedades se puede responder a preguntas como iquestcuaacuten-
to mide iquestcuaacutento pesa o iquestcuaacutento lugar ocupa Algunos ejemplos de propie-
dades extensivas son la longitud el volumen y la cantidad de masa
E dison quer iacutea que el ma t er ial de l os
fil amen t os de l as l aacutem par as pudier a
raquo conducir l a cor r ien t e el eacutec t r ica
raquo cal en t ar se al pasar por eacutel l a
cor r ien t e y raquo emi t ir l uz al cal en t ar se
iquestC oacutemo e st aacute c omp ue st a l a mat e r ia iquestC uaacutel e s su e st r uc t ur a int e r na
Si se mid e c on e xac t it ud una p r op ie d ad int e nsiv a iquestse p od r aacute sab
e r q ueacute mat e r ial e s
La balanza mide el peso de los objetos (A) la probeta el volumen de los liacutequidos (B) la regla
la longitud de cuerpos medianos (C) El calibre o calibrador es un instrumento utilizado para
medir dimensiones de objetos relativamente pequentildeos (D)
El cobre es un material conductor
la corriente por eso se lo emplea
la fabricacioacuten de cables y artefact
eleacutectricos
P r o piedades in t ensiv as t ienen
que v er con l a es t r uc t ur a in t er na o ldquoiden t idadrdquo de cada
sus t ancia o ma t er ial A
C
B
D
17
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
18
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Los ins t r umen t os de
medicioacuten se gr aduacutean seguacuten medidas pr ees t abl ecidas in t er nacional men t e
Medicioacuten de las propiedades extensivas
Para saber cuaacutento se tiene de un material se elige un instrumento de me-
dicioacuten se mide la muestra que se quiere estudiar y se lee el valor indicado
por el instrumento Los valores que proporciona el instrumento de medicioacuten
(como por ejemplo las marcas de miliacutemetros y centiacutemetros de una regla o
las de gramos de una balanza) se incluyen por el fabricante en el instru-
mento a partir de las indicaciones de un organismo internacional que seocupa de definir las unidades de medida De este modo se puede expresar la
magnitud que se quiere medir en las unidades de medida correspondientes
Las unidades en las que se expresa el volumen de un objeto es decir la
cantidad de espacio que ocupa son litros (l) mililitros (ml) centiacutemetros cuacutebicos
(cm3) entre otras Si lo que se analiza es un liacutequido para medirlo se pueden
usar pipetas probetas o jarras medidoras que esteacuten graduadas en las uni-
dades adecuadas
La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo
Se expresa en kilogramos (kg) gramos (g) toneladas (tn) entre otras unidades
Para medirla se utilizan balanzas
Sistemas de unidadesA lo largo de la historia todas las sociedades han ideado sistemas de me-
dida para los cuales construyeron patrones que definen las unidades y las
subunidades Los patrones son modelos que se emplean como muestra para
medir alguna magnitud o para replicarla Los antiguos chinos por ejemplo
usaban partes del cuerpo (brazo pulgar pie) como unidades de medida de
longitud Pero no todas las personas miden lo mismo y en consecuencia las
mediciones variaban mucho Los babilonios usaban una unidad de longitud
el cubit que tambieacuten era usada por los egipcios y los griegos Cada cubit egip-
cio estaba dividido en 12 diacutegitos (dedos) pero cada cubit griego estaba divi-dido en 24 diacutegitos Para determinar cuaacutento mediacutea un cubit especialmente en
el comercio y evitar peleas los egipcios teniacutean un patroacuten hecho de granito
negro todos los cubits debiacutean medir lo mismo que el patroacuten
En la actualidad para evitar confusiones casi todos los paiacuteses usan el Sis-
tema Internacional de Unidades Asiacute todas las personas entienden a queacute se
refiere una longitud expresada en metros o una masa expresada en gramos
iquestC oacutemo se p ue d e c onoc e r e l v ol ume n d e un ob je t o soacutel id o
983117983137983143983150983145983156983157983140 983118983151983149983138983154983141 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140 983123983277983149983138983151983148983151 983140983141 983148983137 983157983150983145983140983137983140
Longitud metro m
Masa gramo g
Tiempo segundo s
Corriente eleacutectrica ampere A
Temperatura
termodinaacutemicagrado Kelvin K
Cantidad de materia mol mol
Intensidad luminosa candela Cd
iquestSe p o d r aacuten usar l o s mismo s p at r o ne s d e me d ic ioacute n e n d ist int o s p l ane t as iquestP e sa l o mismo un o b je t o e n l a T ie r r a q ue e n l a Luna
Un pa t r oacuten sir v e como r ef er encia
par a medir
Cuando se mide siem pr e se es t aacute com par ando con ldquoal gordquo
Patroacuten de medida de la
masa Es la masa que tiene
un cilindro de platino e iri-
dio protegido dentro de dos
caacutepsulas de vidrio y guarda-
do en la Oficina Internacio-
nal de Pesas y Medidas en
Segravevres Francia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Las propiedades intensivasLas propiedades intensivas son numerosas y definen caracteriacutesticas y
comportamientos de la materia muy diferentes El estudio de las propie-
dades intensivas de una sustancia es uacutetil para decidir queacute material es maacutes
adecuado para construir un objeto pero ademaacutes tambieacuten puede ayudar a
identificar un material desconocido
Algunas de las propiedades intensivas de los materiales son las tempera-
turas de fusioacuten y de ebullicioacuten la conductividad eleacutectrica el magnetismo la
densidad y la solubilidad
Temperatura de fusioacutenUna de las magnitudes intensivas maacutes faacuteciles de medir es la temperatura
de fusioacuten es aquella temperatura por encima de la cual una sustancia pasa
de ser un soacutelido a transformarse en un liacutequido y viceversa es tambieacuten la
temperatura bajo la cual si estaacute en estado liacutequido el material se solidifica
Mientras que el agua se derrite a 0 degC el tungsteno funde recieacuten a 3422 degC
y por eso se mantiene soacutelido a altiacutesimas temperaturas y se puede usar en
las laacutemparas incandescentes Lo notable es que cuando se tiene un soacutelidoy este empieza a fundirse su temperatura se mantiene hasta que toda la
sustancia haya cambiado de estado Por maacutes calor que se le entregue la
temperatura no subiraacute hasta que todo el soacutelido se haya fundido
Temperatura de ebullicioacutenAl igual que en el pasaje de estado soacutelido a liacutequido cuando un liacutequido se
evapora la temperatura del sistema no aumenta ni disminuye hasta que
todo el liacutequido se haya convertido en vapor Este punto conocido como tem-
peratura de ebullicioacuten es otra propiedad intensiva que contribuye a la identi-
ficacioacuten de un material
iquestQueacute p r op ie d ad e s se p od r aacute e st ud iar p ar a id e nt if ic ar un mat e r ial ldquo mist e r iosordquo
iquestSe podraacuten cambiar laspropiedades intensivasde una sustancia encondiciones determinadas
Cada sus t ancia f unde (ldquose der r i t erdquo) a una t em per a t ur a
de t er minada
iquestQueacute ins t r umen t o se usar aacute par a medir l a t em per a t ur a de f usioacuten
Mientras buscaban formas de medir la temperaturade los objetos muchos cientiacuteficos de la antiguumle-
dad ensayaron con distintos aparatos Las primeras refe-rencias fijas en un termoacutemetro fueron definidas por elmeacutedico italiano Santorio Santorio (1561-1636) su esca-
la que teniacutea diez puntos iba desde la ldquotemperatura de lanieverdquo a la de ldquola llama de una velardquoEn 1655 el holandeacutes Christian Huygens (1629-
1695) sugirioacute usar la temperatura de ebullicioacuten delagua como referencia
Pero fue Anders Celsius (1701-1744) quien ldquodio enla teclardquo al publicar en 1741 su propuesta de una escala
dividida en 100 partes en la cual el punto de ebulli-cioacuten del agua marcara el cero y el de fusioacuten del hieloel 100 Al antildeo siguiente Jean-Pierre Christin propusoinvertirla y desde entonces la escala quedoacute como hoyla conocemos y usamos
Actualmente en la Argentina como en muchosotros lugares del mundo se emplea la escala Celsiuso centiacutegrada cero grados es la temperatura en que secongela el agua y cien grados la temperatura a la quehierve En los Estados Unidos en cambio se empleala escala Fahrenheit en esta escala el agua se congelaa 32deg y hierve a 212deg
LA TEMPERATURA Y SUS ESCALAS
Termoacutemetro
de alcohol con
escala en grados
Celsius
iquestQueacute v en t a jas t iene u t il izar l as t em pera t ur as de f usioacuten
y de ebull icioacuten del agua par a cons t r uir una escal a iquestQueacute
pasar iacutea si se u t il izar a t ungs t eno como r ef er encia
19
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Conduccioacuten de la electricidadAlgunos materiales como los metales y el carboacuten tienen la propiedad
de conducir la electricidad La magnitud de esa capacidad de conduccioacuten se
puede determinar y se llama conductividad eleacutectrica
Entre 1729 y 1736 Stephen Gray (1666-1736) un tintorero y astroacutenomo
aficionado ingleacutes y Jean Desaguliers (1683-1744) un filoacutesofo natural franceacutes
realizaron en Inglaterra una serie de investigaciones sobre la capacidad de
ciertos materiales de conducir la electricidad Propusieron que la electrici-
dad que se consigue al frotar un tubo de vidrio con una lana puede transmi-
tirse a traveacutes de algunos materiales
Uno de sus experimentos consistioacute en colocar una esfera de vidrio a unos
800 pies de distancia de un tubo de vidrio previamente electrificado Bajo
la esfera de vidrio se colocaron unas cuantas plumas pequentildeas y livianas
Luego conectaron la esfera sucesivamente a cables de metal cuerdas de
caacutentildeamo hilos de seda y otros materiales En los casos en que la electricidad
del tubo se transmitiacutea a la esfera esta atraiacutea las plumas Si la electricidad
no se conduciacutea las plumas permaneciacutean inmoacuteviles
Descubrieron asiacute que algunos de materiales como los metales conduciacuteanmuy bien la electricidad mientras que otros como la seda no la conduciacutean
MagnetismoAlgunos materiales tienen una propiedad muy particular cuando se les
acerca un imaacuten adquieren propiedades magneacuteticas Estos materiales son
llamados ferromagneacuteticos Entre ellos estaacuten el cobalto el hierro y el niacutequel
DensidadSi se compara el espacio que ocupa igual cantidad de masa de distintas
sustancias se observa que ocupan distinto volumen un kilo de plomo por
ejemplo ocupa mucho menos espacio que un kilo de plumas La densidad
es la magnitud que indica cuaacutenta materia cabe en un volumen determina-
do por ejemplo de 1 cm3 La unidad de densidad es ldquogramos por centiacutemetro
cuacutebicordquo (gcm3) Se dice que el plomo es maacutes denso que las plumas porque a
igual volumen habraacute una masa mayor de plomo que de plumas
Propiedades organoleacutepticasHay algunas propiedades de los materiales que estaacuten relacionadas con lo
que percibimos con nuestros sentidos son las llamadas propiedades organo-
leacutepticas Algunas de ellas son la textura el sabor el olor y el color
Las mediciones de propiedades sensoriales son difiacuteciles de hacer porquedependen de la interaccioacuten con nuestros sentidos y las personas no somos
todas iguales Aquiacute no hay mediciones exactas sino evaluaciones subjeti-
vas nosotros decimos ldquoqueacute nos parecerdquo
Como los principales ldquoaparatosrdquo de medicioacuten de estas propiedades estaacuten
en nosotros mismos para armar escalas y poder agrupar objetos seguacuten por
ejemplo la dulzura se convoca a expertos Estos expertos han ldquoentrenadordquo y
calibran sus sentidos para hacer evaluaciones sensoriales lo maacutes ajustadas
que sea posible
Magnetizacioacuten de clavos de
hierro al acercarles un imaacuten
Experimento de conduccioacuten eleacutectricade Gray y Desaguliers
Los ma t er ial es f er r omagneacute t icos
se ldquocon t agianrdquo el magne t ismo de
un imaacuten
iquestCuaacuten t os me t r os son 800 pies
cabl e conduc t or t ubo de v idr io el ec t r if icado
sf er a de v idr io
pl umi t as
20
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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NO TAS D E LA BO RA TO RIO
Hipoacutetesis Las sustancias tienen distinta solubilidad en agua
Prediccioacuten La solubilidad en agua de algunas sustancias seraacute mayor
que la de otras
Materiales 3 recipientes agua azuacutecar bicarbonato de sodio
ProcedimientoSe toman tres recipientes iguales y se colocan 10 ml de
agua en cada uno En uno se agrega una porcioacuten de azuacutecar de 1 g y se
revuelve la mezcla Esto se repite agregando cada vez 1 g de azuacutecar
hasta que el azuacutecar deja de disolverse En otros dos recipientes se hace
lo mismo con sal y con bicarbonato de sodio
Resultados En los tres recipientes se pudieron disolver
respectivamente 20 g de azuacutecar 3 g de sal y 1 g de bicarbonato
No olvidar responder en el informe1 iquestCuaacutel sustancia es maacutes soluble en agua el azuacutecar la sal o el bicarbonato
2 iquestCuaacutel es el valor de solubilidad que pueden calcular en cada caso
983141983160983152983141983154983145983141983150983139983145983137 983150ordm 983089iquestCoacutemo distinguir una sustancia
por su solubilidad
Sol u t o ma t er ial que se incor por a o
disuel v e en o t r o Sol v en t e ma t er ial que r ecibe o en
el cual es incor por ado el sol u t o
P r op ie d ad e s or ganol eacute p t ic ast ie ne n q ue v e r c on l os oacuter ganos d e l os se nt id os
Sol v e nt e + Solut o = Sol uc ioacuten
SolubilidadLos materiales tambieacuten se distinguen por la propiedad de combinarse
con otros dando por resultado una mezcla en la que no se distinguen los
materiales originales Por ejemplo al agregar azuacutecar a una taza de teacute lo que
se consigue es una infusioacuten dulce en la cual el azuacutecar se habraacute incorporado
al liacutequido Pero si se agrega arena a la misma infusioacuten esta no ldquocambiaraacute el
saborrdquo del teacute sino que simplemente pasado un breve tiempo se depositaraacute
en el fondo
La diferencia de comportamiento frente a la disolucioacuten se puede medir
y es una propiedad intensiva la solubilidad La solubilidad se expresa en
gml gramos del material minoritario tambieacuten llamado soluto (el azuacutecar del
ejemplo) que se disuelven por cada mililitro de solvente (el material mayo-
ritario que aquiacute seriacutea la infusioacuten) Su valor depende de las identidades del
soluto y del solvente y de la temperatura a la cual se mida
La solubilidad cambia con di s t in t o s solu t o s
iquest Pa sar aacute algo si se
cambia el sol ven t e
iquest Todos per cibimos las
pr o piedades or ganoleacute p t icas de la
misma maner a
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 1 a 4
Ver ex per iencia en
h t t pbi t l yE D VCN021
sal bicarbonatode sodio
21
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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El modelo corpuscular de la materia
Los seres humanos se han preguntado desde los comienzos de la his-
toria de queacute estaacuten hechas las cosas Responder a esta inquietud ha pre-
sentado varias dificultades en distintas eacutepocas Por ejemplo no es posible
observar de forma directa los componentes baacutesicos de la materia dado que
no hay instrumentos de observacioacuten adecuados para ver estructuras tan
pequentildeas Por eso para explicar y predecir el comportamiento de fenoacuteme-nos naturales que resultan demasiado grandes o demasiado pequentildeos para
ser percibidos por el ojo humano los cientiacuteficos imaginan diversas repre-
sentaciones llamadas modelos
Los primeros modelos sobre la naturaleza de la materia nacieron en la
antigua Grecia El filoacutesofo Demoacutecrito (460-370 a C) y sus colegas los ato-
mistas sosteniacutean que la materia estaacute compuesta por corpuacutesculos o partiacute-
culas de distintas formas muy pequentildeas e indivisibles a las que llamaron
aacutetomos Y deciacutean que el espacio entre los aacutetomos estaacute vaciacuteo la materia de
acuerdo con esta idea estaacute formada por aacutetomos y vaciacuteo
Tiempo despueacutes el filoacutesofo griego Aristoacuteteles (384-322 a C) y los conti-
nuistas deciacutean que no puede existir el vaciacuteo y por lo tanto la materia es
continua Seguacuten ellos toda la materia estaacute formada por distintas combina-
ciones de cuatro ldquoelementosrdquo agua aire fuego y tierra aunque agregaban
a ellos la quintaescencia un quinto elemento que llenaba los espacios vaciacuteos
Mucho tiempo ha pasado desde las ideas de Demoacutecrito y Aristoacuteteles has-
ta hoy y muchos fueron los modelos propuestos desde aquel entonces Nu-
merosos experimentos aportaron evidencias que apoyan la idea de que la
materia estaacute conformada por aacutetomos y esa es la teoriacutea cientiacutefica que se
acepta en la actualidad
A pesar de que la idea que los cientiacuteficos actuales tienen sobre los aacuteto-
mos es muy diferente de la que tuvo Demoacutecrito todos coinciden en que lascaracteriacutesticas de la materia se acercan maacutes al pensamiento atomista de
Demoacutecrito que a la concepcioacuten aristoteacutelica
Distintos tipos de aacutetomos presentan distintas caracteriacutesticas y se clasifi-
can en los llamados elementos Al diacutea de hoy se conocen unos 200 elementos
diferentes (oxiacutegeno mercurio sodio carbono hidroacutegeno etceacutetera) y se pos-
tula que estos elementos componen la materia que forma todo el Universo
Los aacutetomos tienen distintas maneras de interactuar A veces se unen tan
fuertemente que forman pequentildeos grupos que es muy difiacutecil separar las
moleacuteculas La sustancia agua por ejemplo estaacute formada por moleacuteculas que
contienen aacutetomos de los elementos hidroacutegeno y de oxiacutegeno
Las uniones entre los aacutetomos de oxiacutegeno y los de hidroacutegeno son tan fuer-tes que para explicar algunas de las propiedades del agua las partiacuteculas
que se usan en el modelo no son los aacutetomos sino las moleacuteculas completas
Para estudiar ciertos fenoacutemenos no hace falta conocer en detalle las ca-
racteriacutesticas de los aacutetomos y de las moleacuteculas En este caso se los puede
representar mediante un modelo simplificado que los describe como puntos
o esferas Esta simplificacioacuten que resulta uacutetil para estudiar muchas propie-
dades de la materia se conoce como modelo corpuscular o de partiacuteculas
Los at omist as p e nsaban q ue l a mat e r ia e st aacute f or mad a p or p ar t iacute c ul as y v ac iacute oLos c ont inuist as e n c ambiop e nsaban q ue h abiacute a una c ont inuid ad inint e r r ump id a d e mat e r ial e s o e se nc ias
Las dis t in t as sus t ancias es t aacuten
f or madas por aacute t omos que se
agr u pan de dis t in t as maner as
iquestE xist ir aacuten l os mismos t ip os d e aacutet omos e n t od os l os p l ane t as
Muchas propiedades del agua
se pueden explicar tomando
las moleacuteculas de agua como
partiacuteculas En la imagen las
esferas verdes representan
las moleacuteculas de agua
Aristoacuteteles Demoacutecrito
22
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Los estados de agregacioacuten de la materia
Si se emplea el modelo que propone que las sustancias estaacuten compuestas
por partiacuteculas se puede explicar coacutemo se producen los cambios de estado de la
materia Para eso se necesita ademaacutes de la presencia de aacutetomos considerar la
existencia de fuerzas que los mantienen juntos y que son las responsables de
los distintos estados de la materia
En una sustancia soacutelida las partiacuteculas que la forman estaacuten acomodadasmuy ordenadamente y como estaacuten unidas por fuerzas muy intensas es difiacutecil
separarlas Si se entrega al soacutelido la suficiente energiacutea por ejemplo en forma
de calor este se funde Entonces las partiacuteculas toman esa energiacutea y comienzan
a separarse de sus vecinas ahora pueden moverse unas sobre otras fluyen y
decimos que el soacutelido se transformoacute en un liacutequido
Si se entrega todaviacutea maacutes calor se logra que el liacutequido se transforme en gas
se habraacute entonces entregado tanta energiacutea a la sustancia que cada partiacutecu-
la podraacute ldquoescaparserdquo de las demaacutes alejaacutendose lo maacutes posible entre siacute En este
caso la sustancia ocuparaacute maacutes volumen hasta abarcar todo el recipiente en el
cual se halla contenida Si los aacutetomos que integran una moleacutecula son diferen-
tes las fuerzas que los unen tambieacuten lo seraacuten y las temperaturas de fusioacuten y
ebullicioacuten seraacuten particulares para cada sustancia
E st ad os d e l a mat e r ia
soacutel id o l iacute q uid o gase oso
Al cal en tar una sus tancia sus par t iacutecul as toman ener giacutea para separarse y moverse
as sondas Cassini y Huygens que es-
taacuten estudiando la luna Titaacuten el sateacute-
lite maacutes grande de Saturno han enviado
a la Tierra una informacioacuten impactante
en ese cuerpo celeste con una temperatu-
ra superficial de -179 degC existen riacuteos de
metano y el agua se encuentra en estado
soacutelido como las rocas en la Tierra
Los cientiacuteficos se enfrentan al pro-
blema de traer a la Tierra muestras de
esos materiales para estudiarlos pues al
cambiar las condiciones de temperatura
y presioacuten su estado de agregacioacuten cam-
biaraacute En la Tierra en los rangos de tem-
peratura y presioacuten normales de nuestro
medio ambiente el metano es un gas (es
el componente principal del gas natural
que se usa en las cocinas)
Cuando pensamos en el agua es muy
probable que la imaginemos en esta-
do liacutequido como se encuentra en riacuteos
y mares Tambieacuten sabemos que es faacutecil
hallarla en otros estados de agregacioacuten
soacutelido en las cumbres nevadas y en los
glaciares o gaseoso como vapor de agua
cuando la hervimos en una olla En cam-
bio al metano el hidrocarburo maacutes sim-
ple y principal componente del gas natu-
ral lo imaginamos por lo general como
un gas bull
RIacuteOS DE METANO EN TITAacuteN
L
Sonda Cassini de la NASA
Foto tomada por la sondaCassini donde se ven los riacuteos
de metano de Titaacuten
Para repasar lo visto hasta acaacute
paacutegina 27 actividades 5 a 9
La s c ondici one s de di s t in t o s
plane t a s hacen q ue la s
su s t ancia s e s t eacuten en di s t in t o s
e s t ad o s de agr egaci oacuten
En Ti t aacutenhellip iquest p odr aacute u sar se el
me t an o par a c ocinar
M I E N T R A S T A N TO E N O T R O L U G A R
1 iquest A queacute t i po de pr o piedades de l a ma t er ia se hace r ef e-
r encia en el ar t iacuteculo Den e jem pl os
2 iquestQueacute dif icul t ades concr e t as se pr esen t ar iacutean al t omar
mues t r as de elemen t os de Ti t aacuten y t r aer l os a l a Tier r a
23
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
24
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
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MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
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10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
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Teacutecnica del soplado del
vidrio
Herramientas de la Edad de
Piedra talladas en roca
Vasija metaacutelica de la Edad
del Bronce
Los materiales en la historia
Las propiedades de los metales hacen que hayan sido usados para cons-
truir herramientas tan importantes para el avance de la cultura y la tecnolo-
giacutea que su desarrollo marca distintas etapas de la historia de la humanidad
Los metales
Hace unos 8000 antildeos las principales herramientas del ser humano es-taban hechas de rocas era la Edad de Piedra Aunque alguna gente usaba
materiales metaacutelicos para construir pequentildeos objetos en especial adornos
los metales alcanzaron su auge hace unos 6000 antildeos cuando nuestros an-
tepasados observaron que al poner a calentar mucho algunas piedras se
obteniacutea un metal rojizo y relativamente blando maleable comenzoacute asiacute la
Edad del Cobre Pero al ser el cobre tan blando los utensilios hechos con eacutel
se deformaban y se rompiacutean muy faacutecilmente
Esto cambioacute cuando descubrieron que al mezclar cobre con otro metal el
estantildeo se obteniacutea un material brillante y amarillento maacutes duro y resisten-
te ahiacute comenzoacute la Edad del Bronce 5000 antildeos atraacutes Hace unos 3200 antildeos
el hierro un material mucho maacutes duro y resistente sucedioacute al bronce esto
fue posible porque se habiacutean desarrollado hornos que llegaban a la muy
alta temperatura (1600 degC) que se requiere para producir hierro
Hoy en diacutea el hierro se sigue utilizando en especial en aleaciones (mez-
clas de un metal con otro material) que le aportan mayor dureza o evitan
que se oxide El acero por ejemplo es una aleacioacuten de hierro con una pe-
quentildea proporcioacuten de carbono
El vidrioEn la buacutesqueda de materiales para distintos usos el vidrio fue uno de
los maacutes impactantes descubrimientos del hombre al calentar la arena vie-ron que se formaba un material fluido y viscoso que al enfriarse quedaba
riacutegido duro y transparente (aunque fraacutegil ante golpes) Las antiguas civili-
zaciones de Ameacuterica utilizaron materiales viacutetreos de origen volcaacutenico que
se hallan en la naturaleza como el cristal de roca y la obsidiana para crear
puntas de flecha joyas y espejos
En Europa los primeros objetos de vidrio fueron esculpidos a partir de
bloques soacutelidos por artesanos de Mesopotamia que ensentildearon su arte a los
egipcios Posteriormente los artesanos egipcios empezaron a trabajar con el
vidrio fundido vaciaacutendolo en moldes con la forma que deseaban Hacia el
antildeo 200 a C desarrollaron en Babilonia un meacutetodo que consiste en soplar
una bola hueca de vidrio fundido a traveacutes de un tubo de hierro formando asiacuteuna botella Esta teacutecnica ha permanecido casi intacta durante 2000 antildeos
Los antiguos romanos adquirieron maestriacutea en el manejo del vidrio Ade-
maacutes de usarlo para elaborar obras artiacutesticas usaron el vidrio plano en las
construcciones aprovechando su transparencia
El ingrediente principal para fabricar vidrio es la arena Se han desarro-
llado distintas mezclas de materiales y de teacutecnicas que permiten construir
vidrios con distintas propiedades
E l a vance de la t ecnologiacutea
(hor nos maacutes calien t es) per mi t ioacute
la pr oduccioacuten de nue vos
ma t er iales (hier r o)
E l v idr io se pue de f undir y ve rt er e n
un mol de par a dar le la f or ma de se ada
iquestE n q ueacute es t ado (soacutelido liacuteq uido
gaseoso) es t aacute el vidr io cuando
se lo me t e en el molde iquest Y
cuando se lo saca
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
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par a misiones espaciales
26
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7172019 Ciencias Naturales 1
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
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1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Los ceraacutemicosLos ceraacutemicos son materiales con propiedades muy particulares Se
construyen mezclando arcilla con agua y distintas sustancias que pueden
darle determinadas propiedades buscadas Luego se cocina la pasta resul-
tante en hornos a temperaturas que variacutean seguacuten el producto que se desee
obtener Se pueden disentildear para que sean fraacutegiles y poco porosos como los
platos de cocina o altamente resistentes como las placas que recubren las
naves espaciales
Los ceraacutemicos pueden conducir la electricidad de maneras muy particu-
lares por ejemplo solo cuando se los calienta o cuando se los golpea Sir-
ven para hacer ladrillos azulejos herramientas y tuberiacuteas Se los encuentra
dentro de los filtros de agua y en implantes dentales u otros tipos de proacutete-
sis meacutedicas
Son materiales altamente perdurables en el tiempo pues resisten condi-
ciones extremas Por ejemplo no se oxidan con el aire como los metales ni
son degradados por bacterias Por eso suelen encontrarse vasijas y otros ob-
jetos hechos con ceraacutemicos en sitios arqueoloacutegicos estos objetos se utilizan
para estudiar las culturas humanas maacutes antiguasLos ceraacutemicos tienen tambieacuten usos muy importantes en el mundo mo-
derno Por ejemplo son los componentes principales de las celdas solares
que forman los paneles con los que se alimenta de energiacutea a las estaciones
espaciales
Los plaacutesticosLos plaacutesticos son otro tipo de materiales cuyas propiedades particulares
hacen que tengan muchos usos diferentes Se producen a partir de deriva-
dos del petroacuteleo Por eso surgieron recieacuten despueacutes de 1960 cuando se empe-
zoacute a producir petroacuteleo en grandes cantidades a nivel mundial
Los plaacutesticos son elaacutesticos y maleables son resistentes y no se oxidan
al aire ni son atacados por microorganismos Por eso sus propiedades los
hacen adecuados por ejemplo para fabricar recipientes para guardar ali-
mentos u objetos con formas muy complejas y precisas como el teclado de
una computadora Por otro lado los plaacutesticos no conducen la electricidad ni
el calor por lo que se utilizan por ejemplo para aislar los cables que con-
ducen la electricidad
La enorme resistencia de los plaacutesticos hace que en contrapartida su uso
masivo en la actualidad sea un gran problema a resolver Cuando se desecha
un objeto de papel o madera con el tiempo es degradado y se incorpora a la
tierra Pero el plaacutestico puede permanecer en el ambiente cientos de antildeos sinsufrir casi ninguna transformacioacuten no son degradados por bacterias y si se
los quema producen gases altamente toacutexicos y contaminantes
Muchos grupos de cientiacuteficos y tecnoacutelogos estaacuten investigando formas de
hacer que el plaacutestico pueda ser degradado por bacterias o por otros fac-
tores naturales De ahiacute surgen nuevos materiales los plaacutesticos biodegra-
dables (que pueden ser procesados por bacterias) los fotodegradables (que
son atacados por la luz del sol) y los oxodegradables (que se degradan con
ayuda del oxiacutegeno del aire)
Vasija ceraacutemica de Grecia
antigua de unos 2500 antildeos
de antiguumledad
El plaacutestico se utiliza hoy en
diacutea para fabricar una enorme
variedad de objetos
Los pl aacutest icos no se de gr adan f aacutecilme n te pue s son muy re sis t e n t e s a l osmicr oorganismos de l ambie n te
25
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155 983161 983155983157983155 983152983154983151983152983145983141983140983137983140983141983155 Capiacutetulo 1
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
26
983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
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10000086 961 62 21 98 96 48
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La ldquohuella digitalrdquo de los materiales
Si se comparan los valores de algunas de las propiedades intensivas de
diversos materiales pueden encontrarse coincidencias Por ejemplo los me-
tales zinc y cobalto conducen la electricidad en magnitudes no ideacutenticas
pero siacute muy parecidas En cambio si se analiza la temperatura a la que el
zinc y el cobalto pasan de estado soacutelido a liacutequido se observa que el zinc se
derrite a 420 degC mientras que el cobalto lo hace a 1495 degC En ocasionesentonces no alcanza con analizar una sola propiedad intensiva para identi-
ficar un material desconocido sino que hace falta observar distintas propie-
dades al mismo tiempo
Al considerar el conjunto de propiedades de un material se puede deter-
minar la ldquohuella digitalrdquo caracteriacutestica e irrepetible de cada material Asiacute pese
a que existan materiales que compartan iacutendices de conductividad eleacutectrica
otros que tengan temperaturas de fusioacuten o de ebullicioacuten similares u otros
cuya densidad resulte parecida no encontraremos dos materiales que bajo
las mismas condiciones tengan el mismo conjunto de propiedades intensivas
Por ejemplo si tenemos un material que es soacutelido a temperatura menor
a 0 degC liacutequido entre 0 degC y 100 degC que no tiene color ni olor y 1 kg de ese ma-
terial ocupa un volumen de 1 litro (cuando estaacute a 4 degC) podemos concluir
sin temor a equivocarnos que estamos en presencia de iexclagua
M I E N T R A S TA N T O E N O T R O L U G A R
MATERIALES Y NAVES ESPACIALESas condiciones a que deben someterse todos los objetos
que se utilizan en las naves espaciales hacen que paraconstruirlas se deban desarrollar materiales especialesLos aviones y las naves espaciales deben soportar con-
diciones de temperatura presioacuten y friccioacuten extremas poreso el gran desafiacuteo de la industria aeroespacial es conseguirmateriales maacutes ligeros fuertes y seguros Por ejemplo cuan-do una nave sale de la atmoacutesfera terrestre o reingresa a ellala friccioacuten con el aire atmosfeacuterico hace que la superficie dela nave adquiera altiacutesimas temperaturas Poreso se han desarrollado ceraacutemicos especialespara aislar teacutermicamente las cabinas y evitarque se calienten demasiado o que se conge-len cuando esteacuten en el espacio
Ademaacutes de resistencia teacutermica la estruc-tura del vehiacuteculo debe tener una gran resis-tencia mecaacutenica para soportar las velocida-des aceleraciones impactos y esfuerzos a losque se veraacute sometido Tambieacuten deben tomar-se en cuenta factores como las temperaturas
y presiones que encontraraacute en su recorrido y el factor igual-
mente importante del propio peso de la naveLos trajes de los astronautas tambieacuten se construyen conmateriales disentildeados especialmente deben ser ligeros ais-lantes resistentes hermeacuteticos y coacutemodos
Los aparatos y los accesorios que llevan las naves espa-ciales deben ocupar el menor lugar posible pesar poco y serextremadamente eficientes Piensen que seriacutea muy difiacutecil re-pararlos si se rompieran o se descompusieran en el espacio
Las propiedades especiales de los ma-teriales desarrollados para aviones y navesespaciales han hecho que se los utilice paradesarrollar otros objetos de uso cotidianoPor ejemplo los cuadros de las bicicletas de
alta competencia se construyen con grafitoun material extremadamente resistente riacutegi-do y liviano que tambieacuten se usa para fabricarla mina de los laacutepices y que se desarrolloacutepor sus propiedades intensivas para elaborarcomponentes de naves espaciales bull
L
Para repasar lo visto hasta acaacutepaacutegina 27 actividades 10 a 12
iquestQueacute car ac teriacutes t icas tienen l os mat er iales
empl eados en la const ruccioacuten de equipamien to
par a misiones espaciales
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983148983151983155 983149983137983156983141983154983145983137983148983141983155Bloque I
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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Actividades de repaso
Bloque 2
1 Respondan las siguientes preguntas
a iquestQueacute caracteriacutesticas buscaba Edison en el material
para la construccioacuten de la bombilla eleacutectrica
b iquestPor queacute no se puede hacer un lamento de mercurio
(Investiguen en Internet antes de responder)
c iquestEn queacute propiedad se deben jar para responder laspreguntas anteriores iquestSe trata de una propiedad in-
tensiva o extensiva
2 Hagan una lista de las propiedades extensivas e inten-
sivas que se mencionaron en este capiacutetulo
3 iquestPor queacute les parece que a veces el contenido de los en-
vases de ciertos productos viene expresado en dos uni-
dades (por ejemplo en gramos y en centiacutemetros cuacutebi-
cos) Aporten ejemplos
4 iquestCuaacutel seraacute el valor de la solubilidad de la arena en agua
5 Utilizando el modelo de partiacuteculas expliquen por queacute
distintas sustancias tienen distintas densidades
6 Imaginen que estaacuten en Ushuaia en invierno la tempera-
tura es de unos 2 grados iquestEn queacute estado (soacutelido liacutequido
o gaseoso) se encontraraacuten el agua el tungsteno y el me-
tano iquestEn queacute propiedad deben jarse para averiguarlo
7 iquestQueacute pasa con la energiacutea que se entrega a un sistema
mientras se produce un cambio de estado iquestPor queacute no
aumenta la temperatura mientras se estaacute fundiendo
8 Basaacutendose en el modelo de partiacuteculas redacten en sus
carpetas un texto que explique el fenoacutemeno representado
en el graacuteco
9 El agua se ha utilizado como patroacuten para determinar
muchas propiedades tanto extensivas como intensivas
Por ejemplo en una eacutepoca se denioacute el litro (o deciacuteme-
tro cuacutebico es decir el volumen de un cubo de 10 cm de
lado = 1 dm3) como ldquoel volumen que ocupa un kilogra-
mo de agua a 20 degCrdquo Y a partir de esta denicioacuten es po-sible denir tambieacuten las medidas de longitud Busquen
en el texto ejemplos de otras situaciones en las cuales
se haya utilizado el agua como patroacuten
10 Busquen en sus casas objetos que esteacuten hechos con
materiales ceraacutemicos o con plaacutesticos y armen dos lis-
tas (tengan en cuenta que pueden incluir los materia-
les con que estaacute hecha la misma casa las paredes los
pisos los techos la pintura etceacutetera)
11 Seleccionen tres elementos de cada lista que armaron
para la actividad anterior y expliquen para los seis
objetos seleccionados queacute propiedades se tuvieron en
cuenta para seleccionar el material con que fue fabri-
cado cada uno de ellos
12 Llenen los espacios con las palabras que aparecen
abajo (algunas palabras se repiten)
a Los son buenos conductores de la elec-
tricidad Por eso se usan para construir
Estos objetos se pueden proteger con otro tipo de
materiales los pues estos uacuteltimos son
de la electricidad
b Los tambieacuten son buenos conductores
del Por eso se utilizan para fabricar
de cocina Los puedendisentildearse para que sean duros o po-
rosos o etc Los y los
son muy resistentes a los microorga-
nismos y no se oxidan ni se arruinan con el agua
metales bull plaacutesticos bull cables bull aislantes bull calor bull
utensilios bull fraacutegiles bull duros bull ceraacutemicos bull impermeables
Actividades de repaso
Cubo que contiene
1 kg de agua a 20 ordmC
hielo
+ agua
liacutequida
agua
liacutequida
vaporagua liacutequida + vapor
Aumento de energiacutea
hielo
27
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Actividades de integracioacuten
Cada ma t e r ial a pa r t i r del c on jun t o de
su s ca r ac t e r iacute s t ica s t iene una ldquohuella
digi t al ldquoq ue l o di fe r encia de l o s demaacute s
ma t e r iale s
M odel o c o r pu scula r de la ma t e r ia
E s t ad o s de ag r egaci oacuten
s oacutelid o - liacuteq uid o - ga se o s o
er siacuten t esis del t ema en t t pbi t lyE D VCN028
1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
tipo de material les parece que se trata iquestQueacute otra pro-
piedad podriacutean estudiar para identicar el material
2 iquestPodriacutean usar una cuchara de tungsteno para tomar
sopa caliente iquestY una de galio (es un metal que funde
a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
rante un tiempo breve en un liacutequido a una temperatura
de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
freiacuter alimentos iquestPor queacute
4 iquestPodriacutean calibrar un termoacutemetro con agua estan-
do en la luna Titaacuten iquestSe les ocurre una sustancia maacutes
conveniente
5 Miren la tabla de abajo y respondan las preguntas que
estaacuten a continuacioacuten
a iquestPor queacute les parece que Edison no intentoacute hacer una
bombilla eleacutectrica con mercurio
b iquestEdison podriacutea haber ensayado con lamento de
mercurio si hubiera vivido en Titaacuten
c De los materiales listados en la tabla y utilizando
solo esa informacioacuten iquestcuaacutel es el maacutes conveniente
para construir el lamento de una bombita eleacutectrica
iquestPor queacute
d Si tuvieran que identicar dos materiales de la tabla
iquestcoacutemo lo hariacutean
P r o p ie d ad e s d e l o s mat e r ial e s
I nt e nsiv as Lo ngit ud
V o l ume n
C ant id ad d e masa
E xtensivas
Tempera tura de f usioacuten
Temperatur a de ebul licioacuten
Conduccioacuten de la elect r icidad
Magne tismo
Solubilidad
De sidad
983117983137983156983141983154983145983137983148 Carboacuten Hierro Mercurio Niacutequel Oro Paladio Platino Tungsteno
983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)
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1 Supongan que tienen una cuchara de un material bri-
llante y que es buen conductor de la electricidad y el
calor Sin embargo hay un problema este material se
derrite cuando se lo mete en agua hirviendo iquestDe queacute
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a 30 degC)
3 La fritura de alimentos requiere que se los sumerja du-
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de unos 250 degC iquestLes parece que se podraacute usar agua para
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c De los materiales listados en la tabla y utilizando
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983124983141983149983152983141983154983137983156983157983154983137 983140983141983142983157983155983145983283983150 (deg983107)
3800 1538 -39 1455 1455 1555 1768 3422
983122983141983155983145983155983156983145983158983145983140983137983140983141983148983273983139983156983154983145983139983137
(983089983088ndash983096 Ω 983149 983149983145983140983141983139983157983265983150983156983151 983155983141 983139983137983148983145983141983150983156983137983157983150 983149983137983156983141983154983145983137983148 983139983151983150 983141983148983152983137983155983151 983140983141 983139983151983154983154983145983141983150983156983141
983141983148983273983139983156983154983145983139983137)
10000 a
10000086 961 62 21 98 96 48
983105983155983152983141983139983156983151 983140983141983148 983141983148983141983149983141983150983156983151983141983150 983148983137 983124983145983141983154983154983137 (983137 983090983093 deg983107)