Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrá:
- Identificar las propiedades y los cambios de la materia como físicos o químicos.
- Identificar las propiedades de la materia como extensivas o intensivas.
Las características que distinguen una sustancia de otra se llaman propiedades. Una propiedad física es una característica de la materia que no está asociada a un cambio en su composición química. Algunos ejemplos conocidos de propiedades físicas son la densidad, el color, la dureza, los puntos de fusión y ebullición y la conductividad eléctrica. Algunas propiedades físicas, como la densidad y el color, pueden observarse sin cambiar el estado físico de la materia. Otras propiedades físicas, como la temperatura de fusión del hierro o la temperatura de congelación del agua, solo pueden observarse cuando la materia sufre un cambio físico. Un cambio físico es un cambio en el estado o las propiedades de la materia sin que se produzca un cambio en las identidades químicas de las sustancias contenidas en la materia. Los cambios físicos se observan cuando la cera se derrite, cuando el azúcar se disuelve en el café y cuando el vapor se condensa en agua líquida (Figura 1.18). Otros ejemplos de cambios físicos son la magnetización y desmagnetización de metales (como se hace con las etiquetas de seguridad antirrobo habituales) y la molienda de sólidos en polvo (que a veces puede producir cambios de color notables). En cada uno de estos ejemplos, hay un cambio en el estado físico, la forma o las propiedades de la sustancia, pero no hay cambio en su composición química.
Figura 1.18 (a) La cera sufre un cambio físico cuando la cera sólida se calienta y forma cera líquida. (b) El vapor que se condensa dentro de una olla es un cambio físico, ya que el vapor de agua se convierte en agua líquida (créditos a: modificación de la obra por "95jb14"/Wikimedia Commons; créditos b: modificación de la obra por "mjneuby"/Flickr).
El cambio de un tipo de materia en otro tipo (o la incapacidad de cambiar) es una propiedad química. Algunos ejemplos de propiedades químicas son la inflamabilidad, la toxicidad, la acidez y muchos otros tipos de reactividad. El hierro, por ejemplo, se combina con el oxígeno en presencia del agua para formar óxido; el cromo no se oxida (Figura 1.19). La nitroglicerina es muy peligrosa porque explota con facilidad; el neón no representa casi ningún peligro porque es muy poco reactivo.
Figura 1.19 (a) Una de las propiedades químicas del hierro es que se oxida; (b) una de las propiedades químicas del cromo es que no se oxida (créditos a: modificación del trabajo de Tony Hisgett; créditos b: modificación del trabajo de "Atoma"/Wikimedia Commons).
Un cambio químico siempre produce uno o más tipos de materia que difieren de la materia presente antes del cambio. La formación de óxido es un cambio químico porque el óxido es un tipo de materia diferente del hierro, el oxígeno y el agua presentes antes de que se formara el óxido. La explosión de la nitroglicerina es un cambio químico porque los gases producidos son tipos de materia muy diferentes de la sustancia original. Otros ejemplos de cambios químicos son las reacciones que se llevan a cabo en un laboratorio (como la reacción del cobre con el ácido nítrico), todas las formas de combustión (quema) y la cocción, digestión o putrefacción de los alimentos (Figura 1.20).
Figura 1.20 (a) El cobre y el ácido nítrico sufren un cambio químico para formar nitrato de cobre y dióxido de nitrógeno gaseoso de color marrón. (b) Durante la combustión de una cerilla, la celulosa de la cerilla y el oxígeno del aire sufren un cambio químico para formar dióxido de carbono y vapor de agua. (c) La cocción de la carne roja provoca una serie de cambios químicos, entre ellos la oxidación del hierro de la mioglobina que da lugar al conocido cambio de color rojo a marrón. (d) El hecho de que un plátano se vuelva marrón es un cambio químico al formarse nuevas sustancias más oscuras (y menos sabrosas) (créditos b: modificación del trabajo de Jeff Turner; créditos c: modificación del trabajo de Gloria Cabada-Leman; créditos d: modificación del trabajo de Roberto Verzo).
Las propiedades de la materia se dividen en dos categorías. Si la propiedad depende de la cantidad de materia presente, es una propiedad extensiva. La masa y el volumen de una sustancia son ejemplos de propiedades extensivas; por ejemplo, un galón de leche tiene una masa mayor que un vaso de leche. El valor de una propiedad extensiva es directamente proporcional a la cantidad de materia en cuestión. Si la propiedad de una muestra de materia no depende de la cantidad de materia presente, es una propiedad intensiva. La temperatura es un ejemplo de propiedad intensiva. Si el galón y la taza de leche están cada uno a 20 °C (temperatura ambiente), cuando se combinan, la temperatura sigue siendo de 20 °C. Como otro ejemplo, considere las propiedades distintas, pero relacionadas del calor y la temperatura. Una gota de aceite de cocina caliente salpicada en el brazo provoca una breve y leve molestia, mientras que una olla de aceite caliente produce graves quemaduras. Tanto la gota como la olla de aceite están a la misma temperatura (propiedad intensiva), pero la olla contiene claramente mucho más calor (propiedad extensiva).
La química en la vida cotidiana
Diamante de peligro
Es posible que haya visto el símbolo que aparece en la Figura 1.21 en los envases de productos químicos en un laboratorio o lugar de trabajo. A veces lo llaman "diamante de fuego" o "diamante de peligro", este diamante de peligro químico proporciona una valiosa información que resume brevemente los diversos peligros de los que hay que ser consciente cuando se trabaja con una sustancia concreta.
Figura 1.21 El diamante de peligro de la Agencia Nacional de Protección contra Incendios (National Fire Protection Agency, NFPA) resume los principales peligros de una sustancia química.
El Sistema de Identificación de Peligros 704 de la Agencia Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) fue desarrollado por la NFPA para proporcionar información de seguridad sobre ciertas sustancias. El sistema describe los riesgos de inflamabilidad, reactividad, salud y otros. Dentro del símbolo general del diamante, el diamante superior (rojo) especifica el nivel de riesgo de incendio (rango de temperatura para el punto de inflamabilidad). El diamante azul (izquierda) indica el nivel de peligro para la salud. El diamante amarillo (derecha) describe los riesgos de reactividad, como la facilidad con la que la sustancia sufrirá una detonación o un cambio químico violento. El diamante blanco (inferior) señala los peligros especiales, como si es un oxidante (que permite que la sustancia arda en ausencia de aire/oxígeno), sufre una reacción inusual o peligrosa con el agua, es corrosiva, acídica, alcalina, un peligro biológico, radiactiva, etc. Cada peligro se clasifica en una escala de 0 a 4, siendo 0 ningún peligro y 4 extremadamente peligroso.
Aunque muchos elementos difieren drásticamente en sus propiedades químicas y físicas, algunos elementos tienen propiedades similares. Por ejemplo, muchos elementos conducen bien el calor y la electricidad, mientras que otros son conductores deficientes. Estas propiedades pueden utilizarse para clasificar los elementos en tres clases: metales (elementos que conducen bien), no metales (elementos que conducen de forma deficiente) y metaloides (elementos que tienen conductividades intermedias).
La tabla periódica es una tabla que agrupa los elementos con propiedades similares (Figura 1.22). Aprenderá más sobre la tabla periódica a medida que continúe su estudio de la química.
Figura 1.22 La tabla periódica muestra cómo los elementos pueden agruparse según ciertas propiedades similares. Tenga en cuenta que el color de fondo indica si un elemento es un metal, un metaloide o un no metal, mientras que el color del símbolo del elemento indica si es un sólido, un líquido o un gas.
