Física

La constitución de la Materia

El átomo

Átomo (del griego "átomo = no divisible") es la unidad más pequeña posible de un elemento químico. 

En el interior de los átomos hay partículas, que otorgan a éste una estructura interna. Se determinó que el átomo podía ser divisible.

Estructura

Todo átomo está formado por dos partes:

a) Núcleo atómico: corresponde a la zona central. En él se encuentra la mayor masa del átomo.

b) Corteza atómica: corresponde a la zona que rodea al núcleo. Es la parte más voluminosa del átomo.

Partículas sub-atómicas

En la corteza se ubican varias partículas muy pequeñas; son las llamadas partículas sub-atómicas. Existen 3 tipos de partículas sub-atómicas.

a) Protones: Se caracterizan porque:

Están en el núcleo del átomo.

Tienen carga eléctrica positiva.

Se simbolizan P+.

Tienen una masa significativa.

b) Neutrones: Se caracterizan porque:

Se encuentran en el núcleo del átomo.

No tienen carga eléctrica.

Se simbolizan n.

Tienen masa muy similar a la de los protones.

Son los responsables de mantener unidos los protones en el núcleo.

c) Electrones: Se caracterizan porque:

Se encuentran en la corteza del átomo.

Giran alrededor del núcleo a gran velocidad

Tienen carga eléctrica negativa.

Se simbolizan e.

Su masa es muy ínfima en relación a la masa de las otras sub-partículas.

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Puntos de fusión y ebullición

Punto de ebullición

 Si ponemos al fuego un recipiente con agua, como el fuego está a mayor temperatura que el agua, le cede calor y la temperatura del agua va aumentando, lo que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando el agua llega a 100 ºC, empieza a hervir, convirtiéndose en vapor de agua, y deja de aumentar su temperatura, pese a que el fuego sigue suministrándole calor: al pasar de agua a vapor de agua todo el calor se usa en cambiar de líquido a gas, sin variar la temperatura.

    La temperatura a la que una sustancia cambia de líquido a gas se llama punto de ebullición y es una propiedad característica de cada sustancia, así, el punto de ebullición del agua es de 100 ºC, el del alcohol de 78 ºC y el hierro hierve a 2750 ºC.

Punto de fusión

Sólo entre 0 y 100 ºC el agua es líquida

Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los colocas en un vaso con un termómetro verás que toman calor del aire de la cocina y aumentan su temperatura. En un principio su temperatura estará cercana a -20 ºC (depende del tipo de congelador) y ascenderá rápidamente hasta 0 ºC, se empezará a formar agua líquida y la temperatura que permanecerá constante hasta que todo el hielo desaparezca.

   Igual que en el punto de ebullición, se produce un cambio de estado, el agua pasa del estado sólido al estado líquido y todo el calor se invierte en ese cambio de estado, no variando la temperatura, que recibe el nombre de punto de fusión. SE trata de una temperatura característica de cada sustancia: el punto de fusión del agua es de 0 ºC, el alcohol funde a -117 ºC y el hierro a 1539 ºC.

Sustancia	Punto de fusión (ºC)	Punto de ebullición (ºC)
Agua	0	100
Alcohol	-117	78
Hierro	1539	2750
Cobre	1083	2600
Aluminio	660	2400
Plomo	328	1750
Mercurio	-39	357

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Los estados físicos y cambios de estado de la materia

Existen tres estados físicos para la materia: sólido, líquido, gaseoso.

El estado físico de una sustancia depende de la presión y de la temperatura a la que se encuentre.

Los cambios de estado que pueden tener lugar se clasifican:

1. Progresivos la materia pasa de un estado de mayor agregación a un estado de menor agregación: sólido a líquido, líquido a gas, o sólido directamente a gas. Los nombres de los cambios de estado progresivos son:

2. Regresivos la materia pasa de une estado de menor agregación a un estado de mayor agregación: gas a líquido, líquido a sólido, o gas directamente a sólido. Los nombres de los cambios de estado regresivos son:

Importante:

• A igualdad de presión, los cambios progresivos tienen lugar al subir la temperatura.

• A igualdad de presión, los cambios regresivos tienen lugar al bajar la temperatura.

• A una presión determinada la temperatura de cambio de estado es característica de la sustancia. La temperatura se mantiene constante mientras dura el cambio de estado, al energía se invierte en el cambio de agregación de la materia (cambio de estado) no en aumentar o disminuir la temperatura.

• Los nombres de los cambio de estado son:

temperatura de fusión	temperatura a la que se produce el paso del estado físico sólido al estado físico líquido	Estas dos temperaturas son iguales
temperatura de solidificación	temperatura a la que se produce el paso del estado físico líquido al estado físico sólido
temperatura de ebullición	temperatura a la que se produce el paso del estado físico líquido al estado físico gaseoso	Estas dos temperaturas son iguales
temperatura de condensación	temperatura a la que se produce el paso del estado físico gaseoso al estado físico líquido

Observaciones:

1. El cambio de estado de líquido a gas se denomina vaporización. La vaporización se produce de dos formas:

• Evaporación. Tiene lugar siempre a cualquier temperatura aunque al aumentar la temperatura la evaporación es mayor. Sólo sobre la superficie del líquido y con cierta lentitud.

• Ebullición. Tiene lugar a una temperatura determinada, precisamente es esa temperatura una característica de la sustancia. Tiene lugar en todo el líquido (superficie e interior) por eso cuando un líquido entra en ebullición vemos que burbujea, se ha convertido el líquido a gas también en el interior. La ebullición es tumultuosa.

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La Materia del Universo

Materia es todo lo que tiene masa. Toda la materia se compone de partículas. Son como pequeñísimas piezas que se unen para formar todo lo que vemos. Aunque también forman otro tipo de materia que no podemos ver, la materia oscura. De hecho, la mayor parte de la materia que compone el Universo es materia oscura.

Todo lo que tiene masa, por pequeña que sea, emite gravedad. Incluso nosotros mismos. En el Cosmos, la materia se atrae por esa gravedad. Se agrupa y forma desde las pequeñas moléculas hasta los planetas, las estrellas y los grandes cúmulos galácticos. La gravedad mantiene unida la materia. Aún así, la mayor parte de la materia no se concentra en las galaxias, sino en los inmensos espacios intergalácticos.

La materia visible

La parte de la materia que podemos ver es sólo el 4% de la composición del Universo. La materia visible se llama materia ordinaria o materia bariónica.

La materia ordinaria está formada por átomos. Puede estar en cuatro estados: sólido, líquido, gasesoso y plasma. Pasa de un estado a otro al ganar o perder calor. La mayor parte de la materia visible del Universo está en estado de plasma, ya que es el que forma las estrellas.

La materia oscura o invisible

En el Universo hay otro tipo de materia, que no podemos ver. Es la materia oscura o invisible. La cuarta parte del Universo conocido es materia oscura. Esto significa que hay mucha más cantidad de materia oscura que de materia visible.

La materia oscura no emite ni refleja ningún tipo de luz. No desprende ningún tipo de radiación, ni visible ni invisible. Por eso no podemos verla. Pero sabemos que existe porque sí emite gravedad, y nuestra tecnología la detecta. Su gravedad es tan grande que mueve los grandes cúmulos galácticos.

La composición de la materia oscura sigue siendo un misterio. Aunque se cree que podría estar formada por neutrinos y otras partículas aún desconocidas.

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Conoce la Temperatura y las diferentes escalas

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, especificamente, con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificación de la actividad molecular de la materia.

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.

Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el Kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.

La temperatura de un gas ideal monoatómico es una medida relacionada con la energía cinética promedio de sus moléculas al moverse. En esta animación, la relación del tamaño de los átomos de helio respecto a su separación se conseguiría bajo una presión de 1950 atmósferas. Estos átomos a temperatura ambiente tienen una cierta velocidad media (aquí reducida dos billones de veces).

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Aprende sobre el Método Científico

El método científico (del griego: -μετά = hacia, a lo largo- -οδός = camino-; y del latín scientia = conocimiento; camino hacia el conocimiento) es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Presenta diversas definiciones debido a la complejidad de una exactitud en su conceptualización: "Conjunto de pasos fijados de antemano por una disciplina con el fin de alcanzar conocimientos válidos mediante instrumentos confiables, secuencia estándar para formular y responder a una pregunta, pauta que permite a los investigadores ir desde el punto A hasta el punto Z con la confianza de obtener un conocimiento válido".

El método científico está sustentado por dos pilares fundamentales. El primero de ellos es la reproducibilidad, es decir, la capacidad de repetir un determinado experimento, en cualquier lugar y por cualquier persona. Este pilar se basa, esencialmente, en la comunicación y publicidad de los resultados obtenidos. El segundo pilar es la refutabilidad. Es decir, que toda proposición científica tiene que ser susceptible de ser falsada o refutada. Esto implica que se podrían diseñar experimentos, que en el caso de dar resultados distintos a los predichos, negarían la hipótesis puesta a prueba. La falsabilidad no es otra cosa que el modus tollendo tollens del método hipotético deductivo experimental. Según James B. Conant, no existe un método científico. El científico usa métodos definitorios, métodos clasificatorios, métodos estadísticos, métodos hipotético-deductivos, procedimientos de medición, etcétera. Y según esto, referirse a el método científico es referirse a este conjunto de tácticas empleadas para constituir el conocimiento, sujetas al devenir histórico, y que eventualmente podrían ser otras en el futuro. Ello nos conduce tratar de sistematizar las distintas ramas dentro del campo del método científico.