PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

 Las sustancias materiales tienen características que sirven para identificarlas. Estas propiedades se pueden clasificar como se muestra a continuación:

 Las propiedades que no dependen de la cantidad de sustancia que se considere se llaman propiedades intensivas; como la temperatura de fusión o densidad. Las propiedades llamadas extensivas, son las que dependen de la cantidad de sustancia material; como el volumen o la masa.

 Las propiedades intensivas son llamadas también específicas porque son características que permiten diferenciar una sustancia de otra. Asímismo, las propiedades extensivas son conocidas como propiedades generales porque están presenten en toda clase de sustancia y no permiten diferenciarlas entre sí.

 De otro lado, las propiedades químicas son aquellas cuya medición implica un cambio en la composición, generalmente irreversible. La inflamabilidad o que una sustancia se oxide fácilmente son propiedades químicas. 

 Mientras, que las propiedades físicas incluyen diversas propiedades de las sustancias como por ejemplo el color, el olor, la densidad, la temperatura de fusión, entre otras. Cuya determinación no afecta la composición de las sustancias.

Algunas propiedades de importancia para el curso de Química general son:

1. MASA (m)

    Es una propiedad física y extensiva, tipo escalar, de las sustancias que se define como la cantidad de materia que tiene un cuerpo.

  

(Tomado de experimentosfisicaescolar.blogspot.com)

     La unidad en el SI es el kilogramo (Kg).

    La masa de un cuerpo es siempre la misma y su peso varía dependiendo del lugar donde se encuentre.

¿Cómo se mide en sólidos, líquidos y gases?

                                              

                 (Tomado de www.cientificassenna.com)                 (Tomado de www.basculas-balanzas.com)          

2. VOLUMEN (V)

 Es una propiedad física y extensiva de las sustancias, que se relaciona con el espacio que ocupa un material, sea sólido, líquido o gas.

          

                                 (Tomado de www.icarito.cl)                      (Tomado de theparadaise.wordpress.com)

La unidad en el SI es el metro cúbico (m³). También se utiliza el litro.

1 dm³ = 1 litro = 10^-3 m³

¿Cómo se mide en sólidos, líquidos y gases?

 (Tomado de www.grandesimagenes.com) 

3. DENSIDAD (ρ)

  Es una propiedad física e intensiva de las sustancias materiales. Es una razón o o cociente entre la masa (m) y el volumen (V) que ocupa una sustancia material. Se expresa mediante la siguiente ecuación:

La unidad en el SI es  Kg/m³. Sin embargo, en química se emplea comúnmente g/ml ( o lo que se considera igual a g/cm³) para sólidos y líquidos. Para el caso de los gases se utiliza g/L.

 (Tomado de www.explicaciones-simples.com) 

¿Cómo se mide en sólidos, líquidos y gases ¿y la temperatura?

 (Tomado de www.scheitler.ar.com) 

  A continuación se muestran dos ejemplos que ilustran el uso del modelo matemático que relaciona volumen, masa y densidad.

1. Calcule la densidad de una sustancia si se sabe que tiene una masa de 12 g y ocupan un volumen de 4 cm³.

2. Calcular la densidad en g/cm³ de granito, si una pieza rectangular de 0,05 m x 0,1 m x 23 cm, tiene una masa de 3,22 kg.

 La interpretación al resultado anterior es que tomando un volumen de 1cm³ se tendrá una masa de 0,28 g del material granito.

 En la imagen que se muestra a continuación, se ilustra un iceberg que flota en el mar. Aquí se aprecie una característica particular del agua y es que la densidad del agua sólida es menor a la densidad del agua líquida. La imagen es sorprendente no?

 (Tomado de www.diffen.com) 

 Este fenómeno poco usual, se presenta debido al ordenamiento de las moléculas de agua en el estado sólido que deja unas espacios libres hace que disminuya la masa de una unidad de volumen comparado con la misma unidad de volumen del agua líquida.

 El agua presenta la característica de que en el estado líquido alcanza la mayor densidad a una temperatura de 4°C. A continuación en la imagen se muestra una curva de densidad del agua a diferentes temperaturas: 

 Por lo anterior, se presenta una tabla con valores de la densidad en las diferentes temperaturas. Tenga en cuenta la próxima vez para reportar el valor real de la densidad a la temperatura específica:

(Tomado de: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf)

4. DUCTIBILIDAD

 Ésta es una propiedad de las sustancias materiales que bajo la acción de una fuerza puede deformarse sin romperse formando hilos. Es decir, que el material se puede estirar considerablemente antes de romperse. 

 Los materiales dúctiles toleran métodos de fabricación por deformación plástica y soportan mayor cantidad de uso antes de romperse.

 Desde el punto de vista microscópico, se puede decir que los átomos se deslizan unos sobre otros sin se rompa el material. Ejemplo: Cobre.

(Tomado de: www.eldiario.net.)

5. MALEABILIDAD    

 Ésta propiedad de las sustancias materiales se refiere a la capacidad  deformada sin romperse para formar láminas o hojas muy delgadas. La ductibilidad y a maleabilidad no necesariamente se encuentran en el mismo material. 

 La temperatura favorece la maleabilidad de los materiales. Y esta propiedad está asociada con la permeabilidad y la soldadura.

 Ejemplos de materiales maleables son el oro, el aluminio y el estaño. 

(Tomado de: www.cami--alvare.blogspot.com)

6. DUREZA

 Esta propiedad física corresponde a la resistencia que pone una sustancia material a ser rayado o penetrado por otro objeto. Un cuerpo es más duro que otro si él lo raya. 

 En mineralogía, se utiliza una escala para medir la dureza del 1 al 10; en la que el uno es el mineral más fácil de rayar y el 10 el que es más difícil de romper con otro material que no sea el mismo. A continuación, se muestra una imagen que ilustra la escala de dureza, conocida como escala de Mohs:

(Tomado de: www.dureza.weebly.com)

7. TENACIDAD

 Esta propiedad física de los materiales se asocia con la energía que absorbe un material antes de romperse con la deformación. Es decir, es la resistencia que pone un cuerpo a romperse. El concepto está relacionado con la medida de la fuerzas de cohesión del material. 

 La propiedad opuesta es la FRAGILIDAD. En la imagen que se sigue, se muestra el plomo como material muy tenaz (exhibe la tenacidad) y el cristal como material frágil.

         

            (Tomado de: www.metro.pr.com)                                (Tomado de: www.cerdesoja.es)

8. VISCOSIDAD (ŋ)

 La viscosidad es una propiedad de los fluidos en movimiento y muestra una tendencia de oposición hacia su flujo. Es la medida de la resistencia de un líquido a fluir. Los materiales viscosos tiene la consistencia de ser pegajosos. 

Ejemplo: el aceite es más viscoso que el agua.    

¿Más denso o más viscoso?

 (Tomado de: noticiasdelaciencia.com)  

 Una forma de medir la viscosidad ŋ de un líquido es calculando la velocidad lineal v_l de caída de una esfera con ρ_e  y radio R  en un fluido con ρ_f. Matemáticamente queda expresada como:

Por ejemplo: 

Se empleó una esfera de plomo (ρ_e=11,35 g/cm³) de 3,7 mm de diámetro o R=1,85 mm y se dejó caer en una columna de aceite de densidad ρ_f =0,88 g/cm³). El tiempo que tarda la esfera en desplazarse x=50 cm es de t =4,57 s. En la figura que se muestra a continuación se ilustra el experimento. Calcular la viscosidad η.

La solución es: 

En la siguiente gráfica se muestra la variación de la viscosidad del agua líquida en función de la temperatura:

 (Tomado de: fisicoquimica230med.blogspot.com)  

 Los lubricantes desempeñan también la función de "selladores" ya que todas las superficies metálicas son irregulares (vistas bajo microscopio se ven llenas de poros y ralladuras) y el lubricante "llena" los espacios irregulares de la superficie del metal para hacerlo "liso", además sellando así la " potencia" transferida entre los componentes. Si el aceite es muy ligero (baja viscosidad), no va a tener suficiente resistencia y la potencia se va a "escapar" Si el aceite es muy pesado o grueso (alta viscosidad), la potencia se va a perder en fricción excesiva (y calor). Si el aceite se ensucia, actuará como abrasivo entre los componentes, gastándolos.    

9. ELASTICIDAD

 Capacidad para recuperar la forma inicial después de cesar la fuerza que provoca la deformación. La propiedad opuesta es la PLASTICIDAD, ejemplo: plastilina.

 (Tomado de: nl-cienciasfsicas.blogspot.com)  

10. TEMPERATURA DE FUSIÓN NORMAL (T_f)

 El cambio de estado de sólido a líquido se llama fusión y a la temperatura constante, a 1 atmósfera de presión, a la que se produce temperatura de fusión normal.

(Tomado de: comofuncionaque.com)  

11. TEMPERATURA EBULLICIÓN NORMAL (T_e)

 Si un líquido pasa al estado gaseoso se llama  ebullición y la temperatura constante, a 1 atmósfera de presión,  a la que se produce temperatura de ebullición normal.

(Tomado de: escuelapedia.com)  

12. PRESIÓN DE VAPOR (P_v)

  Ésta es una propiedad de sólidos y líquidos, sin embargo es más representativa en líquidos. Es la presión que ejerce  la fracción gaseosa o vapor de un sólido o un líquido sobre las paredes de un recipiente cerrado, a una temperatura determinada.

  

  Se establece un equilibrio dinámico. Es decir, la velocidad que tienen las  moléculas para pasar a la fase de vapor se iguala a la velocidad de las moléculas para pasar a la fase líquida. 

 La presión de vapor se ve fuertemente afectada por la temperatura. A continuación una gráfica de la presión de vapor de varias sustancias en función de la temperaturas, aprecie los comportamientos:

(Tomado de: quimica.laguia2000.com)  

13. TENSIÓN SUPERFICIAL (Ɣ)

 Ésta es una propiedad de líquidos. Observando la figura que se muestra a continuación, se puede apreciar que al hacer un diagrama de fuerzas para cualquier molécula o átomo del interior del líquido tiene una fuerza neta de cero. 

 Por otro lado, si se toma una molécula o átomo de la superficie y se realiza un  diagrama de cuerpo libre, ésta o éste experimenta una fuerza neta hacia abajo. Ésto forma una película o capa en la superficie que hace difícil entrar al seno del líquido. 

 Lo anterior, puede explicar porque algunos insectos pueden caminar sobre el agua, ya que no tiene la suficiente fuerza para romper la tensión superficial. 
    

 La tensión superficial normalmente se define en términos de la cantidad de energía necesaria para disminuir la superficie por unidad de área.

14. CAPILARIDAD

 Ésta es una propiedad de líquidos y consiste en el aumento del líquido a través de  espacios estrechos (capilares y placas) en contra de la fuerza de la gravedad. Ésta propiedad está relacionada con la tensión superficial, ya que depende de las fuerzas de intermolecualares del líquido. 

 Recuerde que los meniscos son las superficies que los líquidos forman  cuando se encuentran confinados en un recipiente y son producto de la capilaridad. Cuando el menisco es cóncavo se dice que el líquido moja el recipiente, como es el caso del agua. En caso contrario el menisco es convexo y se dice el líquido no moja el recipiente, tal es el caso del mercurio. 

 En la figura que se muestra a continuación se ilustra los meniscos cóncavo y convexo, respectivamente.

 Existen más propiedades de las sustancias materiales. A continuación se clasifican algunas otras propiedades que no fueron discutidas en el blog.