BLOQUE 2

LA DIVERSIDAD DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Y SU CLASIFICACIÓN QUÍMICA  

INTRODUCCIÓN

En este bloque se utiliza el modelo corpuscular como herramienta fundamental para avanzar en la comprensión de las características de los materiales. Con la aplicación de este modelo se representan los materiales para diferenciar entre mezclas y sustancias puras: compuestos y elementos. 

Asimismo, se avanza en la comprensión de la estructura interna de los materiales al representarlos e interpretarlos por medio de la construcción de modelos: atómico y enlace químico.

Se plantea la identificación de las propiedades de los metales para favorecer la toma de decisiones relacionada con las cuatro “R” (rechazar, reducir, reusar y reciclar), lo que repercutirá en acciones de cuidado ambiental.

En la segunda revolución de la química se consideran las aportaciones de Stanislao Cannizzaro y Dimitri Mendeleiev en la sistematización y organización de los elementos químicos.

También se propone la identificación de regularidades del sistema de clasificación del conocimiento químico: la Tabla periódica, para relacionarla con las propiedades de los elementos químicos representativos y su importancia para los seres vivos.

Se presenta una primera aproximación a los modelos de enlace iónico y covalente, así como su relación con las propiedades de las sustancias. Los proyectos que se sugieren permiten identificar la importancia de los elementos químicos en el cuerpo humano, y sus implicaciones en la salud o el ambiente.

OBJETIVOS

• Establece criterios para clasificar materiales cotidianos en mezclas, compuestos y elementos considerando su composición y pureza.
• Representa y diferencia mezclas, compuestos y elementos con base en el modelo corpuscular.
• Identifica los componentes del modelo atómico de Bohr (protones, neutrones y electrones), así como la función de los electrones de valencia para comprender la estructura de los materiales.
• Representa el enlace químico mediante los electrones de valencia a partir de la estructura de Lewis.
• Representa mediante la simbología química elementos, moléculas, átomos, iones (aniones y cationes).
• Identifica el análisis y la sistematización de resultados como características del trabajo científico realizado por Cannizzaro, al establecer la distinción entre masa molecular y masa atómica.
• Identifica la importancia de la organización y sistematización de elementos con base en su masa atómica, en la tabla periódica de Mendeleiev, que lo llevó a la predicción de algunos elementos aún desconocidos.
• Argumenta la importancia y los mecanismos de la comunicación de ideas y productos de la ciencia como una forma de socializar el conocimiento.

TEMA 1.- PROPIEDADES FÍSICAS Y CARACTERIZACIÓN DE LAS SUSTANCIAS

TEMA 1.1 ¿QUÉ PERCIBIMOS DE LOS MATERIALES?

ACTIVIDAD.- ¿de qué otra manera puedes clasificar los materiales de tu entorno sobre todo con tus sentidos?

Elabora una tabla donde clasifiques varios objetos (12)  identificándolos de 3 maneras diferentes usando tus sentidos 

PROPIEDADES DE LA MATERIA

¿Qué es una propiedad?

Propiedad.- es la característica mediante la cual las cosas son identificadas o descritas 

MATERIA

• ·        Todo lo que ocupa un lugar en el espacio
• ·         Es la sustancia que forma todas las cosas materiales, ocupa espacio, tiene masa y presenta inercia
• ·        Todo lo que perciben nuestros sentidos 

PESO   PESO

• Atracción de la fuerza de gravedad sobre la masa de un objeto 

¿QUÉ ES MATERIA?

A través de los sentidos recibimos información sobre todo lo que nos rodea. Percibimos objetos de diversos clases, formas, gusto, colores etc.

Todos estos objetos que nos presenta la naturaleza están formados por materia, ocupando un lugar en el espacio.

Son materia las cosas que tienen:

• ·         Masa (por lo tanto de pueden pesar)
• ·         Volumen (ocupan un espacio)

¿HAY COSAS QUE NO SON MATERIA?

Sentidos                     espíritu santo                          odio                            amor

Sentimientos               imaginación                            llorar                           pensamientos

Sueños                       amar                                      alma                            fe

Dios                           infidelidad

ACTIVIDAD.- con ayuda de un color selecciona las palabras e ilumina las que tu creas que son materia

¿QUÉ ES MATERIA Y QUE NO?

Luz                             agua                                        ideas               metano

Sentimientos               cansancio                                   planta              arroz

Pintura                        amor                                        carbón             papel

Dolor de cabeza             azúcar                                      vidrio              fresas

Electricidad                  llorar                                        aire                chocolate        hielo

Plástico                       sonidos musicales                      uña                 madera

Rayo láser                   árbol                                        avispa              color               

Vida                           cuerpo humano                          célula              ácidos gástricos 

ACTIVIDAD.- de acuerdo a tus conocimientos realiza una lista de fenómenos físico y químicos 

ACTIVIDAD.- analiza cada una de las oraciones y coloca a un lado de ellas con algún color que resalte y con letras mayúsculas si se refiere a una "propiedad química" o "propiedad física"  

1.- Las siguientes son propiedades del azufre. Clasifica cada una como propiedad física o química.
A) elemento frágil de color amarillo
B) reacciona con el carbón formando disulfuro de carbono.
C) no se disuelve en agua.
D) se desmorona con facilidad cuando se aplasta
E) arde con oxigeno formando un gas
F) no conduce corriente eléctrica.

2.- clasifica las siguientes propiedades como físicas o químicas.

Ductivblidad                                                Volumen
Reactividad                                                   Corrosión
Dureza                                                          Maleabilidad
Solubilidad                                                   Peso
Inflamabilidad                                             Punto de ebullición

3.- identifica las propiedades físicas y químicas de los siguientes características

A) el cromo es un sólido gris de acero
B) el hidrogeno reacciona fácilmente con el oxigeno
C) el oro se funde a 1064 C
D) la sal se disuelve en agua
E) el fosforo arde cuando se expone al aire
F) la leche se agria si no se refrigera
G) un trozo de madera se pone café cuando.se expone al aire
H) el CO2 es un gas incoloro y sin sabor
I) el hielo se funde a temperatura ambiente.
J) el hielo no reacciona con otros elementos
K) el papel aluminio tiene una apariencia brillante

4.- describe las propiedades del arciono

A) es metal brillante
B) se incendia espontáneamente en el aire cuando se divide fácilmente
C) se funde a 1852 C
D) es resistente a la corrosión
E) tiene color gris-blanquisco

PROPIEDADES CUALITATIVAS

• ·         Calidad de
• ·         Se refiere a la calidad y no a la cantidad

Son aquellas que dependen de las características específicas del material que no se les puede medir con precisión y no se les puede asignar un valor numérico

Los podemos observar directamente por medio de nuestros sentidos
Las propiedades cualitativas son:

• ·         Color
• ·         Olor
• ·         Sabor
• ·         Forma
• ·         Brillo
• ·         Estado de agregación

Actividad.- Completa el siguiente cuadro de cada uno de los objetos con las propiedades cualitativas 

ESTADOS DE AGREGACIÓN 

LÍQUIDOS

• ·      son  los más abundantes en forma natural, agua, petróleo, mercurio, bromo, francio
• ·          son incomprensibles
• ·          fuerza de cohesión mas débil
• ·          energía potencial más débil
• ·          poseen fluidez “pueden correr, escurrirse a través de un recipiente
• ·          tienen volumen definido
• ·          no tienen forma propia, y forma la del recipiente que lo contiene
• ·          algunas propiedades son:
• o    viscosidad
• o    adherencia
• o    tensión superficial
• ·          pueden presentar el fenómeno de la difusión

SÓLIDO

• ·          fuerza de repulsión nula
• ·          gran fuerza de cohesión entre sus moléculas
• ·          forma geométrica
•          energía potencial mas fuerte
• ·          son incomprensibles (su volumen no se reduce si se le aplica presión)
• ·          su energía cinética es nula
• ·          algunas propiedades fiscas son: elasticidad dureza tenacidad maleabilidad ductibilidad rigidez
• ·          fluidez muy baja o nula
• ·          son duros y resistentes
• ·          tiene forma y volumen definido
• ·          algunos se subliman
• ·          a bajas temperaturas se presentan cuerpos de forma compacta

GAS

• ·          se dispersan fácilmente sus moléculas
• ·          ejerce presión sobre las paredes del recipiente que los contiene
• ·          energía potencial nula
• ·          se pueden comprimir con facilidad
• ·          expansibilidad
• ·          no tiene forma propia
• ·          moléculas se mueven con mucha facilidad y rapidez
• ·          expansión de los gases permite percibir diferentes olores
• ·          energía cinética es muy grande
• ·          partículas carecen de posición fija y se hallan en constante movimiento
• ·          fuerza de cohesión casi nula

PLASMA

• ·          se comprobó que a altas temperaturas las moléculas se mueven tan rápido que chocan, se rompen en átomos y fracciones de ellas
• ·          está constituido por hidrogeno y helio
• ·          las materia es fluida
• ·          conductora de electricidad neutra
• ·          es el estado de agregación más abundante en la naturaleza
• * Alcanzan a mas de dos millones de grados centígrados

CAMBIOS DE FASE 
FUSIÓN.- es el paso de un sólido a liquido por medio de la energía térmica; existe un punto en el cual la temperatura permanente constante (absorbe energía) cuando se derrite hielo

SOLIDIFICACIÓN.- conversión de liquido a solido por medio de enfriamiento (proceso exotérmicos) “punto de solidificación” o de “congelación”

EBULLICIÓN.- Paso de un líquido a gas de toda la masa liquida mediante el calentamiento, la temperatura no varía mientras el líquido ebulle (hierve) aunque siga suministrándose calor

EVAPORACIÓN.- cambio de líquidos a vapor (sin que el líquido avance el punto de ebullición) ocurre frecuentemente en la superficie de los líquidos cuando están expuestos al calor del sol o cualquier fuente de energía

CONDENSACIÓN.- de llama también licuefacción y es la conversión de vapor a liquido debido al enfrenamiento

SUBLIMACIÓN.- cambio de estado sólido a gas sin pasar por el estado líquido

CRISTALIZACIÓN.- cambio de gas a solido 

NOTA: Realizar ejemplos cotidianos de cada cambio de fase mínimo 6 ejemplos de cada uno (fusión, solidificación, evaporación, condensación, sublimación)

2.2 ¿SE PUEDEN MEDIR LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES?

Los requisitos básicos para cualquier medición son:

1)      Saber exactamente que se va a medir

2)      Tener un patrón de medida con el cual compararlo con el que se va a medir

3)      Tener un método para realizar la comparación

4)      Este sistema fue utilizado por el francés Antoine Lavoisiere quien generalizo el uso de la balanza y los experimentos químicos.

Medidas y unidades mas usuales en química. (Numerados de acuerdo a su importancia)

Masa.- mide la cantidad de materia, su unidad patrón es el Kilogramo (kg). El instrumento más usado es la balanza.

Longitud.- es la segunda magnitud mas importante, su unidad es el metro y el instrumento más común es el flexómetro

Tiempo.- tercera medida, su unidad patrón es el segundo y el instrumento común de medición es el reloj.

Temperatura.- es la medida de la energía cinética medio de las moléculas, su unidad patrón es kelvin y el instrumento de medición es el termómetro.

La medición proporciona información importante acerca de as propiedades de objetos y sustancias y de las características de un fenómeno.

¿Dónde ocupas la medición en tu vida cotidiana?

• ·         La MEDICIÓN consiste en comparar una característica de un objeto o fenómeno con una unidad previamente establecido
• ·         Un PATRÓN DE MEDICIÓN es una unidad de características  conocidas que se establece como referencia y con la cual se comparan las características de un objeto determinado

A partir de 1960, durante la undécima conferencia general de pesas y medidas, se adopto el Sistema Internacional de Unidades (SI)  formado por 7 unidades fundamentales.

UNIDADES FUNDAMENTALES DEL SI
MAGNITUD	UNIDAD	SIMBOLO
Longitud	Metro	M
Masa	Kilogramo	Kg
Tiempo	Segundo	S
Intensidad de corriente eléctrica	Ampere	A
Temperatura	Kelvin	K
Cantidad de sustancia	Mol	Mol
Intensidad luminosa	candela	Cd

UNIDADES FUNDAMENTALES DEL SI
MAGNITUD	UNIDAD	SIMBOLO
Superficie	Metro cuadrado	m2
Volumen	Metro cubico	m3
Velocidad	Metro por segundo	m/s
Aceleración	Metro por segundo al cuadrado	m/s2
Masa/volumen (densidad)	Kg por metro cubico	Kg/m3
Resistencia eléctrica	Volt. Ampere	VA

PROPIEDADES CUANTITATIVAS

PROPIEDADES EXTENSIVAS 
MASA

La masa, en física, es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.^[1] Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.

No debe confundirse con el peso, que es una magnitud vectorial que representa una fuerza. Tampoco debe confundirse con la cantidad de sustancia, cuya unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el mol.

VOLUMEN

Cuerpos geométricos o figuras geométricas «sólidas» que delimitan volúmenes.

El volumen ^[1] es una magnitud múltiple de opciones utilizados para sacar el volumen de prismas multiplicando la longitud, la anchura y la altura. Desde un punto de vista físico, los cuerpos materiales ocupan un volumen por el hecho de ser extensos, fenómeno que se debe al principio de exclusión de Pauli.

La capacidad y el volumen son términos equivalentes, pero no iguales. Se define la capacidad de un recipiente como la "propiedad de una cosa de contener otras dentro de ciertos límites"^[2] . La capacidad se refiere al volumen de espacio vacío de alguna cosa que es suficiente para contener a otra u otras cosas.

La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico. Para medir la capacidad se utiliza el litro. Por razones históricas, existen unidades separadas para ambas, sin embargo están relacionadas por la equivalencia entre el litro y el decímetro cúbico:

PESO

En física clásica, el peso es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto.^[1] El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa como un vector, definido por su módulo, dirección y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra. Por extensión de esta definición, también podemos referirnos al peso de un cuerpo en cualquier otro astro (Luna, Marte,...) en cuyas proximidades se encuentre.

Los conceptos newtonianos de la gravedad fueron desafiados por la relatividad en el siglo 20. El principio de equivalencia de Einstein coloca todos los observadores en el mismo plano. Esto condujo a una ambigüedad en cuanto a qué es exactamente lo que se entiende por la "fuerza de la gravedad" y, en consecuencia, peso. Las ambigüedades introducidas por la relatividad condujeron, a partir de la década de 1960, a un considerable debate en la comunidad educativa sobre cómo definir el peso a sus alumnos. La elección fue una definición newtoniana de peso como la fuerza de un objeto en reposo en el suelo debido a la gravedad, o una definición operacional definida por el acto de pesaje.

PROPIEDADES INTENSIVAS  

DENSIDAD

La densidad es una medida utilizada por la física y la química para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

Densidad =   masa (gr)

                                Volumen (cm3)

 La ciencia establece dos tipos de densidades; La densidad absoluta y la densidad relativa o gravedad específica

La densidad se puede aplicar para cualquier sustancia, no obstante ésta debe ser homogénea. Pues en sustancias heterogéneas la densidad va a ser distinta en diferentes partes. (En el caso de que se presente este problema lo que se debe hacer es sacar la densidad de las distintas partes)

La densidad de una sustancia varía según su estado de agregación; en general los gases son menos densos que los líquidos y estos que los sólidos

La densidad de una sustancia puede variar si se cambia la presión o la temperatura:

A)    En el caso de que la presión aumente, la densidad del material también lo hace

B)    Si la  temperatura aumente, la densidad baja.

 Sin embargo para ambas variaciones, presión y temperatura, existen excepciones, por ejemplo para sólidos y líquidos el efecto de la temperatura y la presión no es importante, a diferencia de los gases que se ve fuertemente afectada.

Existe un instrumento llamado densímetro o hidrómetro que determina la densidad relativa de los líquidos.

Existen varios tipos de densímetros específicos para distintos líquidos: alcoholímetro (alcohol), lactómetro (leche), sacarómetro (melaza), salímetro (sales), entre otros.

“Para que un cuerpo flote en algún fluido, debe ser menos que el medio” 

SOLUBILIDAD 

Solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada. Su concentración puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o también en porcentaje de soluto (m(g)/100 mL) . El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C). En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones sobresaturadas.
No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico.

VISCOSIDAD 

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.

PROBLEMAS DE DENSIDAD 

• Se define como la medida utilizada en física y en química para determinar la cantidad de masa en determinado volumen 

PROBLEMAS 1

1.- la masa de un vaso vacio es de 274 g, se mide con una probeta graduada 200 ml de aceite de oliva y se vierten en el vaso. Se pesa el vaso con su contenido obteniendo un valor de 456 g. ¿Cuál es la densidad del aceite?

2.- calcula las densidades de las siguientes sustancias.

	MASA	VOLUMEN	DENSIDAD
Hielo	184 g		.92 g/cm3
Poliestireno expandido	10 g	1000 cm3
Vidrio		50 cm3	2.60 g/cm3
Agua de mar	160 g	500 cm3

 3.-  calcula la masa que tendrán 1973 cm3 de poliestireno expandido si su densidad es igual a ’92 g/cm3

 4.- calcula el volumen de quendrian 2.5 kg de vidrio si su denidad es 2.60 g/cm3

PROBLEMAS 2

1.- Calcula cual es la densidad de una muestra de de sulfuro de carbono que tiene una masa de 129.3 gr y un volumen de 320 cm3.

2.- Calcula el volumen que tendrán 3000 gr de vidrio si su densidad es de  2,60 g / cm³

3.- un trozo de oro tiene un volumen de 18.5 cm3, si su densidad es de 19.3 g/ cm3 ¿Cuál es su masa?

4.- cual es la densidad del alcohol etílico si una botella tiene un volumen de 750 cm3 y una masa de 480 gr

5.- Calcula cual es la densidad de una muestra de ioduro de calcio que tiene una masa de 139 gr y un volumen de 763 cm3.

6.- Cual es la densidad de n material de acero si tiene una masa de 1200 gr y un volumen de 193 cm3?

7.- Un doctor analiza  la densidad de la sangre y descubre que es de 1.08 g/cm3 ¿cuál será su masa si tenemos en cuenta que son muestras de 755 cm3?

8.- un clavo de hierro tiene una masa de 28. 5 g. si su  densidad es de 7.9 g/cm3 ¿Qué volumen ocupara?

9.- La masa de un vaso vacio es de 294 g. posteriormente medimos con una probeta graduada 656 ml de gasolina y se vierten en el vaso, se vuelve a pesar el vaso con su contenido obteniendo un valor de 478 g. ¿Cuál es la densidad de la gasolina? (exprésala en g/cm3) 

10.- Calcula cual es la densidad de una muestra de fosfuro de escandio que tiene una masa de 120 gr y un volumen de 255 cm3

11.- para saber la densidad del shampoo “caprice” necesitamos saber la masa de 300 ml, un vaso vacio mide 236 gr y agregándole los 300 ml aumenta su masa a 843 gr ¿Cuál es su densidad?

12.- ¿Cual es la masa de la miel si su densidad es de 1.3 gr/cm3 y tiene un volumen de 235 cm3?

13.- cual es el volumen de una moneda si la densidad de una moneda bronce es de 8.9 gr/cm3 ,si tiene como masa 225 gr 

14.- ¿Cual es la densidad de una coca-cola si tiene un volumen de 355 ml y una masa 284 gr?

15.- ¿Cuál será el volumen de  una moneda de diez pesos mexicanos si tiene una masa de 16.8 gr  y una densidad de 2.7 gr/cm3?

16.- ¿Calcula la densidad de la leche “San marcos” si tenemos un vaso vacio con una masa de 120 gr, a continuación  agregamos una cantidad de leche de 8 50 ml por lo tanto volvemos a medir la masa y obtenemos una masa total de 1180 gr? Piensa y cuál será el resultado

17.- ¿La corona del rey Carlos V tiene una masa de .85 Kg y una densidad de 19.3 gr/cm³ cual es su volumen?

18.- Cual es la densidad del aceite de comestible si tenemos un volumen de 230 ml y una masa de 190 gr.

19.- para saber la densidad del shampoo “caprice” necesitamos saber la masa de 310 ml; un vaso vacio tiene una masa de 246 gr y agregándole los 300 ml aumenta su masa a 860 gr ¿Cuál es su densidad de dicho shampoo?

20.- Cual es el volumen de un material de cocina hecho de aluminio si su densidad es de 2.7 gr/cm3 y una masa de .450kg