Materia, clasificación, propiedades y Sistema Internacional de unidades

Qué estudia la Química y cómo trabaja

La Química es la ciencia que estudia la composición, la estructura y las propiedades de la materia, y los cambios que sufre. Se divide en ramas: inorgánica (elementos y compuestos sin cadenas de carbono), orgánica (compuestos del carbono), analítica (qué hay y cuánto hay en una muestra), fisicoquímica (leyes y energía de los cambios) y bioquímica (química de los seres vivos).

Para responder sus preguntas usa el método científico: observación de un hecho, planteamiento de un problema, hipótesis (respuesta tentativa), experimentación controlada, análisis de datos y conclusión. Si los resultados contradicen la hipótesis, se corrige y se vuelve a probar.

Masa y volumen son propiedades generales: las tiene toda la materia. El aire del salón, aunque no lo veas, pesa y ocupa espacio; por eso es materia.

Clasificación de la materia

Según su composición, la materia se divide en sustancias puras y mezclas.

• Elemento: sustancia pura formada por una sola clase de átomo. Ejemplos: oro (Au), cobre (Cu), oxígeno (O₂).

• Compuesto: sustancia pura formada por átomos de dos o más elementos combinados en proporción fija. Se separa solo por métodos químicos. Ejemplos: agua (H₂O), sal de mesa (NaCl), CO₂.

• Mezcla homogénea (o solución): una sola fase, no se distinguen sus componentes. Ejemplos: chicha morada filtrada, aire sin polvo, bronce.

• Mezcla heterogénea: dos o más fases visibles. Ejemplos: ensalada de papa con choclo, aceite con agua, granito.

Una mezcla tiene composición variable y sus componentes se separan por métodos físicos:

Estados de agregación

Según la forma en que se agrupan sus partículas, la materia se presenta como sólido, líquido o gas.

Mueve la temperatura: el estado depende de la comparación entre la temperatura y los puntos de fusión y de ebullición.

• Si $T <$ punto de fusión: sólido.

• Si punto de fusión $< T <$ punto de ebullición: líquido.

• Si $T >$ punto de ebullición: gas.

Propiedades de la materia

Las propiedades son las características que permiten identificar y diferenciar sustancias. Se clasifican de dos maneras.

Por su naturaleza:

• Físicas: se miden o se observan sin cambiar la composición de la sustancia. Ejemplos: color, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, dureza, conductividad.

• Químicas: describen cómo una sustancia se transforma en otra. Ejemplos: oxidación, combustibilidad, acidez, reactividad con el agua.

Por su dependencia de la cantidad de materia:

• Extensivas: dependen de cuánta materia hay. Ejemplos: masa, volumen, energía, longitud.

• Intensivas: no dependen de la cantidad; sirven para identificar la sustancia. Ejemplos: densidad, temperatura, punto de ebullición, color.

La densidad explica por qué el aceite flota sobre el agua: es menos denso.

Sistema Internacional de unidades

Medir es comparar una magnitud con una unidad patrón. El Sistema Internacional (SI) fija siete unidades base; en Química se usan sobre todo cinco:

(Las otras dos son la corriente eléctrica, en amperio A, y la intensidad luminosa, en candela cd.)

El volumen, la densidad o la presión son magnitudes derivadas: se obtienen combinando las base ($\text{m}^3$, $\text{kg/m}^3$, ...). El litro (L) no es del SI, pero se acepta: $1\ \text{L} = 1\ \text{dm}^3 = 1{,}000\ \text{cm}^3 = 1{,}000\ \text{mL}$ y $1\ \text{m}^3 = 1{,}000\ \text{L}$.

Prefijos más usados:

La temperatura en kelvin se obtiene con $T(\text{K}) = t(^\circ\text{C}) + 273$. El kelvin se escribe sin símbolo de grado.

Los números muy grandes o pequeños se escriben en notación científica: $a \times 10^{n}$ con $1 \le a < 10$. Por ejemplo, $0.000\,045 = 4.5\times10^{-5}$.

Densidad en problemas

Como la densidad es intensiva, dos muestras del mismo material tienen la misma densidad aunque su masa y volumen sean distintos. Eso permite hallar el volumen de una muestra a partir de otra.

Resumen