Propiedades generales y características de la materia

En clase de Física y Química ustedes midieron estas propiedades de varios materiales: masa, volumen, densidad, punto de fusión, dureza y conductividad eléctrica. Clasifíquelas en dos grupos: propiedades generales (las que tiene toda la materia) y propiedades características (las que sirven para distinguir una sustancia de otra). Justifique brevemente su clasificación.

Infla un globo y compruebe que ocupa un espacio que antes no ocupaba; además, en una balanza muy precisa, el globo lleno pesa un poquito más que el globo vacío, como se muestra en la figura.

¿Qué dos propiedades generales de la materia demuestra el aire con este experimento? Nómbrelas y explique qué observación corresponde a cada una.

En la frutería, el dependiente coloca un melón en la balanza y esta marca $2.5\ \text{kg}$.

1. a) ¿Qué propiedad del melón está midiendo?
2. b) ¿Es una propiedad general o característica? Razone la respuesta.
3. c) ¿Cuál es la unidad de esa magnitud en el Sistema Internacional?

Para medir el volumen de un llavero metálico, Noa echa $50\ \text{mL}$ de agua en una probeta; al sumergir el llavero, el nivel sube hasta $68\ \text{mL}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuál es el volumen del llavero, en $\text{cm}^3$?
2. b) Exprese el resultado en litros.
3. c) ¿Por qué no podría Noa medir el volumen de este objeto con una regla?

Su primo pequeño asegura que el aire «no es materia, porque no pesa nada».

1. a) Diseñe un experimento con dos globos y una balanza para demostrarle que el aire tiene masa: describa lo que haría y lo que observaría.
2. b) Describa otro experimento sencillo que demuestre que el aire ocupa un volumen (piense, por ejemplo, en un vaso boca abajo hundido en una tina con agua).
3. c) Concluya explicando por qué el aire es materia, usando el concepto de propiedades generales.

Complete la frase con las palabras que faltan: «Las propiedades $\dots$ las tienen todos los materiales, como la masa y el volumen; las propiedades $\dots$ permiten distinguir una sustancia de otra, como la densidad o el punto de fusión». Después, explique cómo usaría una propiedad característica para distinguir la sal del azúcar sin probarlas.

Marcos guarda dos canicas que pesan exactamente $20\ \text{g}$ cada una: una es de vidrio y la otra de acero, pero están pintadas del mismo color y se le han mezclado.

1. a) ¿Le sirve la masa para saber cuál es cuál? ¿Por qué?
2. b) ¿Qué propiedad característica podría medir para distinguirlas? Explique cómo lo haría.

Usted parte una tableta de chocolate en dos mitades exactas.

1. a) ¿Qué les pasa a la masa y al volumen de cada mitad, comparados con los de la tableta entera?
2. b) ¿Y qué le pasa a la densidad del chocolate?
3. c) Use este ejemplo para explicar la diferencia entre una propiedad general y una propiedad característica.

Una viga de hierro de una obra pesa $790\ \text{kg}$ y un tornillo del mismo hierro pesa $7.9\ \text{g}$. La densidad de ambos es $7.9\ \text{g/cm}^3$.

1. a) Calcule el volumen del tornillo y el de la viga (exprese este último en $\text{cm}^3$; recuerde que $1\ \text{kg} = 1000\ \text{g}$).
2. b) ¿Tienen la misma masa? ¿Y el mismo volumen? ¿Y la misma densidad?
3. c) Explique, con este ejemplo, en qué se diferencian las propiedades generales de las características, y razone por qué la densidad no cambia aunque el trozo de hierro sea grande o pequeño.

En el laboratorio, Lucía echa agua en una probeta hasta la marca de $100\ \text{mL}$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué propiedad del agua está midiendo con la probeta?
2. b) Exprese esa cantidad en $\text{cm}^3$ (recuerde: $1\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3$).
3. c) ¿Es una propiedad general o característica?

El agua hierve siempre a $100\ \celsius$ (a nivel del mar) y el alcohol, a $78\ \celsius$.

1. a) ¿Cómo se llama la propiedad a la que se refieren estos datos?
2. b) ¿Es una propiedad general o característica?
3. c) ¿Cómo le ayudaría esta propiedad a saber cuál de los dos líquidos hay en un frasco que ha perdido la etiqueta?

El profesor calienta una sustancia blanca desconocida y observa que se funde justo a $80\ \celsius$. En la tabla del laboratorio figuran estos puntos de fusión: azúcar, $186\ \celsius$; naftalina, $80\ \celsius$; sal común, $801\ \celsius$.

1. a) ¿Cuál de las tres sustancias es la desconocida?
2. b) Explique por qué el punto de fusión sirve para identificarla y, en cambio, el color blanco no sirve.

Una sustancia tiene un punto de fusión de $-10\ \celsius$ y un punto de ebullición de $60\ \celsius$, como se muestra en la figura.

1. a) ¿En qué estado se encuentra a $20\ \celsius$?
2. b) ¿Y a $-20\ \celsius$?
3. c) ¿Y a $80\ \celsius$?
4. d) Justifique cada respuesta comparando la temperatura con los dos puntos característicos, y explique por qué esos puntos sirven para predecir el estado de la sustancia a cualquier temperatura.

Con una moneda usted puede rayar la madera de un lápiz, pero por mucho que frote la madera contra la moneda no consigue rayarla.

1. a) ¿Qué propiedad característica está comparando con esta prueba?
2. b) ¿Cuál de los dos materiales la tiene mayor? Explique cómo lo sabe.

Las sartenes son de metal porque el metal transmite muy bien el calor del fuego a los alimentos, pero el mango suele ser de madera o de plástico, como se muestra en la figura.

Explique, usando la palabra «conductividad térmica», por qué no se fabrica la sartén y el mango de una sola pieza de metal.

En un museo de minerales te dejan hacer una prueba con tres muestras: el mineral A raya al mineral B, y el mineral C raya al mineral A. Además, el cartel de la vitrina te indica que la dureza del mineral C en la escala de Mohs es 7 (para comparar, el cristal de una ventana tiene dureza 5.5).

1. a) Ordena los tres minerales de más blando a más duro.

1. b) Explica el razonamiento que has seguido.

1. c) ¿Qué le ocurriría al cristal de una ventana si lo frotaras con el mineral C? Justifícalo comparando sus durezas.

En invierno, andar descalzo por el piso de mármol del baño da mucha más sensación de frío que andar por la alfombra del pasillo, aunque ambos están a la misma temperatura.

1. a) ¿Cuál de los dos materiales tiene mayor conductividad térmica?
2. b) Explique, usando ese dato, qué le ocurre al calor de su pie en cada caso y por qué la sensación es tan distinta.

Los buenos cuchillos de cocina se fabrican de acero y no de aluminio, que es un metal mucho más liviano.

1. a) ¿Qué propiedad característica hace que el acero sea mejor material para un cuchillo?
2. b) Razone por qué en este caso la ligereza (una masa pequeña) no es la propiedad que decide.
3. c) Ponga otro ejemplo de objeto cotidiano en el que se elija el material por esa misma propiedad que usted indicó en el apartado a).

En tecnología ustedes montaron un circuito con una pila y un bombillo: si cierra el circuito con un material conductor, el bombillo se enciende, y si es aislante, no, como se muestra en la figura.

Ustedes prueban cuatro objetos: una llave de hierro, un borrador, la mina de un lápiz (grafito) y una regla de plástico.

1. a) Prediga con cuáles se encenderá el bombillo.
2. b) Clasifique los cuatro materiales en conductores y aislantes según su conductividad eléctrica.
3. c) Explique por qué los electricistas usan destornilladores con mango de plástico y qué pasaría si el mango fuera de metal.

Una marca diseña el cristal de un reloj deportivo y duda entre tres materiales: plástico (muy barato, se raya con facilidad), vidrio (apenas se raya, pero puede quebrarse con un golpe fuerte) y zafiro sintético (casi imposible de rayar, muy caro).

1. a) ¿Qué propiedades de los materiales aparecen en esta decisión? Indique cuáles son características.
2. b) Elija un material para el reloj de un niño de $10$ años que lo usa para jugar en el patio y justifique su elección.
3. c) ¿Qué material elegiría para un reloj de lujo? Justifíquelo comparando las propiedades.

En un mercado venden una pulsera que, según el vendedor, es de plata. Salma la pesa en casa: $31\ \text{g}$. Resulta que una cucharita de acero de su cocina también pesa $31\ \text{g}$.

1. a) Explique por qué la masa no le sirve a Salma para comprobar si la pulsera es de plata.
2. b) La densidad de la plata es $10.5\ \text{g/cm}^3$ y la del acero, $7.9\ \text{g/cm}^3$. Describa qué dos medidas debe hacer Salma y qué cálculo debe realizar para comprobarlo.

Un frasco del laboratorio ha perdido la etiqueta y contiene un líquido incoloro. Usted lo calienta y hierve a $78\ \celsius$. Los candidatos son: agua (punto de ebullición $100\ \celsius$), alcohol ($78\ \celsius$) y acetona ($56\ \celsius$).

1. a) ¿Qué sustancia parece ser, según el punto de ebullición?
2. b) Usted mide su densidad y sale $0.79\ \text{g/cm}^3$; la del alcohol es $0.79\ \text{g/cm}^3$ y la de la acetona, $0.78\ \text{g/cm}^3$. ¿Resuelve esta medida la duda entre alcohol y acetona? Razone la respuesta.
3. c) ¿Qué propiedad ha resultado decisiva en este caso y por qué conviene medir más de una propiedad característica para identificar una sustancia?

En una bodega hay dos botellas cerradas e idénticas, una llena de agua y otra de aceite, pero han perdido la etiqueta y no se pueden abrir.

1. a) ¿Cuál de las dos pesará más al agarrarlas?
2. b) Justifíquelo usando las densidades (agua, $1\ \text{g/cm}^3$; aceite, $0.9\ \text{g/cm}^3$) y el hecho de que las dos botellas contienen el mismo volumen de líquido.
3. c) ¿Por qué no sirve fijarse en el tamaño de las botellas para decidir?

Al laboratorio llega una pieza de metal brillante sin etiqueta. Ustedes hacen tres pruebas y obtienen: densidad $7.9\ \text{g/cm}^3$; punto de fusión $1535\ \celsius$; conduce muy bien la corriente eléctrica. Los candidatos son: aluminio ($2.7\ \text{g/cm}^3$, $660\ \celsius$), hierro ($7.9\ \text{g/cm}^3$, $1535\ \celsius$) y plomo ($11.3\ \text{g/cm}^3$, $327\ \celsius$).

1. a) ¿Qué metal es la pieza?
2. b) Explique qué candidatos descarta, en su caso, cada una de las tres pruebas.
3. c) Razone por qué conviene comprobar varias propiedades características en lugar de conformarse con una sola.