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Propiedades físicas de la materia: ¡entiende su comportamiento!

Propiedades físicas

Las propiedades físicas son cualquier propiedad de la materia que se puede percibir u observar sin cambiar la identidad química de la muestra. Por el contrario, las propiedades químicas son aquellas que solo se pueden observar y medir mediante la realización de una reacción química, cambiando así la estructura molecular de la muestra.

Debido a que las propiedades físicas incluyen una amplia gama de características, se clasifican además como intensivas o extensas y como isotrópicas o anisotrópicas.

Propiedades físicas intensivas y extensas

Las propiedades físicas se pueden clasificar como intensivas o extensas. Las propiedades físicas intensivas no dependen del tamaño o la masa de la muestra. Los ejemplos de propiedades intensivas incluyen punto de ebullición, estado de la materia y densidad.

Las propiedades físicas extensivas dependen de la cantidad de materia en la muestra. Los ejemplos de propiedades extensas incluyen tamaño, masa y volumen.

Propiedades isotrópicas y anisotrópicas

Las propiedades físicas son propiedades isotrópicas si no dependen de la orientación de la muestra o la dirección desde la que se observa. Las propiedades anisotrópicas sí dependen de la orientación.

Si bien cualquier propiedad física podría asignarse como isotrópica o anisotrópica, los términos se aplican generalmente para ayudar a identificar o distinguir los materiales en función de sus propiedades ópticas y mecánicas.

Propiedades físicas
Propiedades físicas

Por ejemplo, un cristal puede ser isotrópico con respecto al color y la opacidad, mientras que otro puede tener un color diferente, dependiendo del eje de observación. En un metal, los granos pueden distorsionarse o alargarse a lo largo de un eje en comparación con otro.

Ejemplos de propiedades físicas de la materia

Cualquier propiedad que puedas ver, oler, tocar, escuchar o detectar y medir sin realizar una reacción química es una propiedad física.

Los ejemplos de propiedades físicas incluyen:

  • Indice de refracción
  • Color
  • Forma
  • Volumen
  • Densidad
  • Temperatura
  • Punto de ebullición
  • Viscosidad
  • Presión
  • Solubilidad
  • Carga eléctrica

Indicie de refracción

El índice de refracción es una medida del cambio en la dirección de propagación de las ondas en la interfaz de dos medios en los que tienen diferentes velocidades de propagación. Depende del estado físico de la sustancia. Por lo tanto, el agua tiene un índice de refracción de 1,33; mientras que el hielo tiene un índice de refracción de 1,31.

El índice de refracción es un estado analizable, cuyo análisis no cambia el tipo de sustancia. Por lo tanto, puede considerarse como una propiedad física.

Densidad

La densidad es la relación entre la masa m de un cuerpo y su volumen V. Depende del estado físico de la sustancia, la temperatura y la presión. Esto se vuelve claro cuando se observa hielo y agua líquida a 0 ° C. La disposición diferente de las moléculas de agua causa una diferencia de densidad.

La densidad es un estado analizable, cuyo análisis no cambia el tipo de sustancia. Por lo tanto, podemos hablar de una propiedad física. Sin embargo, la dependencia de la densidad de las variables influyentes mencionadas siempre debe tenerse en cuenta.

Punto de fusión y ebullición

Esta es la temperatura a la que las sustancias cambian del estado sólido al líquido o del líquido al estado gaseoso. Como es bien sabido por los cálculos para cocinar huevos en altas montañas, los puntos de fusión y ebullición dependen de la presión del aire. Como en el caso de la densidad, es indudablemente una propiedad física cuya investigación se lleva a cabo sin un cambio en el tipo de sustancia.

Dureza y ductilidad

La dureza se define como la resistencia causada por las fuerzas atómicas a las que un cuerpo se opone a la penetración de otro. La ductilidad representa la ductilidad de una sustancia y, por lo tanto, captura los mismos hechos, pero con una escala opuesta. Un método de medición para la prueba de dureza es el método de prueba de dureza Brinell, en el que se presiona una bola de acero con una carga definida p sobre la sustancia a probar. El diámetro d de la impresión proporciona información sobre la dureza.

Para los metales, durante una prueba de dureza, no hay cambio en las fuerzas de atracción entre los núcleos atómicos con carga positiva y la nube de electrones. Las propiedades físicas y químicas de la pieza de metal permanecen sin cambios.

Sin embargo, para sólidos con enlaces iónicos y covalentes, la prueba de dureza conduce a la repulsión o escisión de los enlaces. Los átomos que experimentan estos cambios han alterado las relaciones de energía y posiblemente otros compañeros de unión. Para estos átomos hay un cambio en las propiedades químicas y físicas. Para la pieza de sólido probada en su conjunto, el cambio en las propiedades químicas y físicas es muy pequeño. Sin embargo, una asignación clara a las propiedades físicas solo es posible para la dureza de los metales.

Solubilidad

La solubilidad se define por la cantidad máxima de una sustancia que se disuelve a una temperatura dada por unidad de solvente. Si una sustancia se disuelve en un solvente, propiedades como la densidad y la conductividad eléctrica cambian. En algunos casos, se forman complejos. Las sustancias experimentan un cambio de tipo de sustancia de acuerdo con la definición de sustancia mencionada anteriormente.

Estructura cristalina

La estructura cristalina es la disposición espacial de los átomos en los sólidos. Se aclaran difractando radiación adecuada en la red cristalina. La estructura cristalina es un estado analizable y, por lo tanto, una propiedad física.

Estructura cristalina
Estructura cristalina

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica representa la capacidad de metales y semimetales para conducir electrones. Depende de la temperatura, con metales y semiconductores comportándose en direcciones opuestas. En los metales, la conductividad eléctrica disminuye al aumentar la temperatura, mientras que en los semiconductores aumenta al aumentar la temperatura.

Al medir la conductividad eléctrica, cambiamos ligeramente el estado del conductor, pero no el material. La conductividad eléctrica es una propiedad física.

Conductividad térmica

La conductividad térmica es un valor que indica la capacidad de una sustancia para conducir calor. A medida que aumenta la temperatura, disminuye la conductividad térmica. Si se mide, se produce un cambio de estado.

Compuestos iónicos frente a los covalentes

La naturaleza de los enlaces químicos desempeña un papel en algunas de las propiedades físicas que puede mostrar un material.

Los iones en los compuestos iónicos son fuertemente atraídos por otros iones con cargas opuestas y repelidos por cargas similares. Los átomos en moléculas covalentes son estables y no son fuertemente atraídos o repelidos por otras partes del material.

Como consecuencia, los sólidos iónicos tienden a tener puntos de fusión y puntos de ebullición más altos, en comparación con los puntos de fusión y ebullición bajos de los sólidos covalentes.

Los compuestos iónicos tienden a ser conductores eléctricos cuando se derriten o se disuelven, mientras que los compuestos covalentes tienden a ser malos conductores en cualquier forma.

Los compuestos iónicos son generalmente sólidos cristalinos, mientras que las moléculas covalentes pueden existir como líquidos, gases o sólidos. Los compuestos iónicos a menudo se disuelven en agua y otros solventes polares, mientras que los compuestos covalentes son más propensos a disolverse en solventes no polares.

Estados físicos de la materia
Estados físicos de la materia

Propiedades físicas vs propiedades químicas

Las propiedades químicas abarcan aquellas características de la materia que solo pueden observarse al cambiar la identidad química de una muestra, es decir, al examinar su comportamiento en una reacción química.

Los ejemplos de propiedades químicas incluyen la inflamabilidad (observada por la combustión), la reactividad (medida por la disposición a participar en una reacción) y la toxicidad (demostrada al exponer un organismo a un producto químico).

Las propiedades físicas de la materia se pueden medir u observar sin que la materia cambie a una sustancia completamente diferente. Las propiedades físicas son típicamente cosas que puedes detectar con tus sentidos . Por ejemplo, pueden ser cosas que puedes ver, oír, oler o sentir.

Propiedades físicas adicionales

Otras propiedades físicas de la materia incluyen el estado de la materia. Los estados de la materia incluyen estados líquidos, sólidos y gaseosos. Por ejemplo, a 20 ° C, el carbón existe como un sólido y el agua existe como un líquido.

Los ejemplos adicionales de propiedades físicas incluyen:

  • Punto de ebullición
  • Capacidad de conducir calor
  • Capacidad de conducir electricidad
  • Capacidad de disolverse en otras sustancias

El refrigerante que se agrega al agua en el radiador de un automóvil  es para evitar que el agua hierva y se evapore. El refrigerante tiene un punto de ebullición más alto que el agua y al agregarlo al agua aumenta el punto de ebullición de la solución.

Propiedades físicas - Tensión superficial
Propiedades físicas – Tensión superficial

Una tetera que esté hecha de aluminio a excepción de su mango, que está hecho de plástico. El aluminio es un buen conductor de calor. Conduce el calor de las llamas en el rango al agua dentro de la caldera, por lo que el agua se calienta rápidamente. El plástico, por otro lado, no es un buen conductor de calor. Se mantiene lo suficientemente frío como para tocar incluso cuando el resto de la tetera se calienta mucho.

El cobre es un buen conductor de electricidad. Es por eso que los cables eléctricos a menudo están hechos de cobre. Están cubiertos con una capa protectora de plástico que no conduce electricidad.

Propiedades físicas de los fluidos y gases

El fluido es una sustancia que puede fluir. Técnicamente, el flujo de cualquier sustancia significa un movimiento relativo continuo entre diferentes partículas de la sustancia.

Ahora, ¿cómo y por qué fluye un fluido? La respuesta a “cómo” es el movimiento relativo continuo entre las partículas del fluido cuando la fuerza de corte está actuando sobre él. Y la respuesta al “por qué” es que las partículas de fluido se mueven una tras otra cuando se aplica la fuerza de corte porque no pueden resistir dicha fuerza.

El término fluido incluye tanto líquido como gases. La principal diferencia entre un líquido y un gas es que el volumen de un líquido permanece definido porque toma la forma de la superficie sobre la que entra en contacto, mientras que un gas ocupa el espacio completo disponible en el recipiente en el que está mantenido.

Las propiedades físicas de los líquidos y gases se enumeran a continuación.

Densidad de masa

Es la masa del fluido por unidad de volumen. Su unidad es kg por metro cúbico.

Peso específico

Es el peso por unidad de volumen del fluido. Esta cantidad depende de la fuerza gravitacional del lugar donde se guarda el fluido. Las unidades para él son Newton por metro cúbico.

Propiedades físicas de los fluidos
Propiedades físicas de los fluidos

Volumen específico

Es el volumen ocupado por la unidad de masa del fluido. Su unidad es metro cúbico por kg.

Densidad Relativa o Gravedad Específica

Se define como la relación entre la densidad másica del fluido en cuestión y la densidad másica del agua a presión y temperatura estándar. Es decir a 4 grados Celsius y presión atmosférica.

Viscosidad

La viscosidad es la propiedad del fluido que define la interacción entre las partículas en movimiento del fluido. Es la medida de resistencia al flujo de fluidos.

La fuerza viscosa se debe a las fuerzas intermoleculares que actúan en el fluido. El flujo o tasa de deformación de los fluidos bajo tensión de corte es diferente para diferentes fluidos debido a la diferencia en viscosidad. Los fluidos con alta viscosidad se deforman lentamente.

Compresibilidad

Cuando se aplica presión sobre un fluido, su volumen disminuye. Esta propiedad de un fluido se llama compresibilidad.

Elasticidad

Cuando se libera la fuerza que genera la presión sobre el fluido, vuelve a su volumen original. Esta propiedad de un fluido se llama elasticidad del fluido.

Presión de vapor

Son las moléculas de un líquido que escapan de su superficie para llenar el espacio sobre la superficie del líquido y el contenedor hasta el momento en que la presión debido a estas moléculas sobre la superficie del líquido alcanza la presión de vapor del líquido.

Tensión superficial

Las moléculas en la superficie de un líquido, es decir, la interfaz entre el líquido y el aire están unidas por una fuerza de una semana denominada tensión superficial. Esta fuerza hace que el líquido forme una capa y es causado debido a la fuerza de cohesión entre las moléculas del líquido.

Capilaridad

Las moléculas de un líquido tienen dos tipos de fuerzas que actúan sobre ellas. Una es la fuerza cohesiva, la fuerza entre las moléculas del líquido solamente, y la otra es la fuerza adhesiva, la fuerza que actúa entre las moléculas del líquido y alguna otra sustancia.

Cuando la adhesión entre el líquido y la pared del recipiente es más que la cohesión entre las moléculas líquidas, el líquido se adhiere a las paredes del recipiente y esto da como resultado un aumento capilar. Lo contrario de este comportamiento ocurre cuando la cohesión es más que la adhesión: el nivel capilar se hunde.

Propiedades físicas de la materia: ¡entiende su comportamiento!
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