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La materia y sus estados/States of matter
Ciencias Naturales
1º de E.S.O.
Francisco J. Barba Regidor
Curso: 2008-09
Some types of matter -wood, glass-
can keep their shape: they are solids;
some other –water, oil- have not an own
shape and they adapt it to the one of
the container into which they are put:
they are liquids. And, finally, many
other -air, oxygen- do not keep nor
their shape, nor their volume, and they
scatter every where if they are not
enclose into a container; they are
gases.
Algunos tipos de materia -madera, vidrio- pueden mantener su forma: son los sólidos; algunos otros –agua, aceite- no tienen forma propia y la adaptan a la del recipiente en que se encuentran: son los líquidos. Y, finalmente, muchos otros -aire, oxígeno-no mantienen ni su forma ni su volumen, y se expanden en todas las direcciones si no están metidos dentro de un recipiente; son los gases.
Solid Liquid
Gas
States of matter
Estados de la materia
The case of water
Water is the ubiquitous chemicalsubstance, composed of hydrogen
and oxygen, that is essential for the
survival of many known forms of
life. In typical usage, water refers
only to its liquid form or state, but
the substance also has a solid
state, ice, and a gaseous state,
water vapor or steam.
Water moves continually through a
cycle of evaporation or
transpiration (evapotranspiration),
precipitation, and runoff, usually
reaching the sea. Over land,
evaporation and transpiration
contribute to the precipitation over
land.
Water in three states: liquid, solid (ice),
and (invisible) water vapor in the air.
Clouds are the accumulations of the
droplets, condensed from vapor-
saturated air. From Wikipedia.
Adapted from:
http://en.wikipedia.org/wiki/Water
Differences
•Easy tocompress.
•Quite difficult tocompress.
•Difficult tocompress.
Compressibility
•Low density: fewparticles in a large
volume.
- Quite high
density: a lot of
particles in a small
volume.
•Usually have a high density: many
particles in a small
volume.
Density
•Can flow: theyspread if not in a
container.
•Can flow: theyspread if not in a
container.
•Solids cannotflow.
Fluidity
•Volumen of thecontainer.
•Gases expand tooccupy all
available space.
•Fixed volumen.
•Liquids expand ifheated, or
contract if cooled.
• Fixed volumen.
• Solids expand ifheated, or
contract if cooled
(except for water).
Volume
•Shape ofcontainer.
•Shape ofcontainer.
•Hold Shape.Shape
GasesLiquidsSolids
The states of matter according to particle theory
Los estados de la materia según la teoría de las partículas
• Matter is made up of tinyparticles. Between them are
empty spaces.
• The particles within matter are in constant motion.
•Temperature affects the speedof particles.
• There are forces which attractthe particles.
• La materia está formada por partículas diminutas. Entre ellas hay espacios vacíos.
• Las partículas están en constante movimiento dentro de la materia.
•La temperatura afecta a la velocidad de las partículas.
• Hay fuerzas que atraen a las partículas.
Solids/SólidosThe most of the
surrounding substances
are solids. Their main
characteristics are:
• They keep their shapeif we do not exert
oneself on them.
• They are incompressible: we can
not easily reduce their
volumen when we
compress them.
• They expand if we heatthem and they contract if
they are cooled. So, in
the buildings we can see
expansion joints.
La mayoría de las substancias que nos rodean son sólidas. Sus principales características son:
• Mantienen su forma y no aplicamos ninguna fuerza sobre ellos.
• Son incompresibles: no podemos reducir fácilmente su volumen cuando los comprimimos.
• Se dilatan cuando los calentamos y se contraen si los enfriamos. Por ello, en los edificios podemos ver juntas de dilatación.
Liquids/Solids
The living beings could nos exist
without the special characteristics
of liquids, particularly of the water:
• They have not own shape: theyadapt to the ones of the container.
• They can flow if they are free.
• They are incompressible.
• They expand if heated andcontract if cooled.
• They mix whith many othersubstances.
Los seres vivos no existirían sin las especiales características de los líquidos, en particular del agua:
• Carecen de forma propia: se adaptan a la del contenedor.
• Pueden fluir si están libres.
• Son incompresibles.
• Se dilatan si se calientan y se contraen si se enfrían.
• Se mezclan con muchas otras substancias.
Gases/GasesMost of gases are transparent and
therefore invisible. Nevertheless,
gases have mass and occupy
space:
• They have not own shape: theyadapt to the ones of the container.
• They also expand if heated andcontract if cooled. When they
expand they occupy the whole of
the free space.
• They are compressible.
•They spread to mix with manyother gases, liquids or, even,
solids.
La mayoría de los gases son transparentes y por tanto invisibles. Sin embargo, los gases tienen masa y ocupan espacio:
• No tienen forma propia y se adaptan a la del recipiente que los contiene.
• Se expanden si se calientan y se contraen si se enfrían. Cuando se expanden ocupan la totalidad del espacio libre.
• Son compresibles.
• Se difunden para mezclarse con otros gases, líquidos o incluso sólidos
Changes of state of matter
Cambios de estado de la materia
Picture and table of the next slide, from: http://www.clickandlearn.org/Gr9_Sci/Particle_Theory.htm
Particles of matter do not change from one
state to another. They only change their
arrangemen or their energy. When matter
changes state, no mass is lost.
Las partículas de materia no cambian de un estado a otro. Sólo se modifica su disposición y su energía. Cuando la materia cambia de estado no se pierde materia.
The changes of
state are
reversible.
Los cambios de
estado son
reversibles.
The table below summarizes the six changes of states that matter can under-
go and tells you if heat is added or removed for the change to take place.
Drops of water form on themirror when taking a hot
shower
removed = exothermic
liquidgas orvapour
Condensation
A bottle of water will turninto ice if left in the freezer
removed = exothermic
solidliquidFreezing or
Solidification
An ice cube turns intowater when left out of the
freezer
added = endothermic
liquidsolidMelting, Fusion
or Liquefaction
Rain dries up when the suncomes out
added = endothermic
gasliquidEvaporation or
vapourization
Frost forms on a car'swindshield
removed = exothermic
solidgas orvapour
Sublimation
Moth crystals disappearwhen left in a closet for
several days
added = endothermic
gas orvapour
solidSublimation
ExamplesHeatToFromChange
Matter classification
Clasificación de la materia
Matter/Materia
Mixtures/Mezclas Pure Substances
Substancias puras
Homogeneous
HomogéneasHeterogeneous
HeterogéneasCompounds
CompuestasElements
Elementos
MIXTURES/MEZCLASMost common substances are
mixtures. The air of the
atmosphere is a mixture of
various gases, granite –a plutonic
rock- is a mixture of different
minerals.
Mixtures that appears uniform are
called homogeneous; sea water
and air are homogeneous
mixtures.
Mixtures where more than one
part is distinguishable are called
heterogeneous; rocks are
frequently heterogeneous
mixtures.
La mayoría de las substancias son mezclas. El aire de la atmósfera es una mezcla de varios gases; el granito –rocaplutónica- es una mezcla de diferentes minerales.
Las mezclas uniformes se llaman homogéneas; el agua de mar y el aire son mezclas homogéneas.
Las mezclas en las que se ve una parte distinguible se llaman heterogéneas; las rocas son frecuentemente mezclas heterogéneas.
SOLUTIONS/DISOLUCIONES
Not solved salt Solved salt
Picture from: http://www.kalipedia.com
A solution is an homogeneous mixture.
They are usually liquid mixtures: liquids
with solid substances, such as water with
salt. The salt is dissolved evenly
throughout the liquid. The simplest
solutions consist of two components: a
solvent and a solute.
solvent
solute
Una dosilución es una mezcla homogénea. Generalmente son mezclas líquidas: líquidos con substancias sólidas, tal como el agua con sal. La sal se disuelve
completamente en el líquido. Las disoluciones más sencillas se componen de
dos componentes: un disolvente y un soluto.
SolutionsText and picture from:
http://universe-review.ca/F12-molecule.htm
A solution is a mixture in whichone substance called the
solute (the component that
changes state upon dissolving
or in smaller amount) is
uniformly dispersed in another
substance called the solvent. Because the solute and the
solvent do not react with each
other, they can be mixed in
varying proportions (see
Figure). Solutes and solvents
may be solids, liquids, or gases
(see Figure 12-22). Gases form
solutions easily because their
particles are moving so rapidly
that they are far apart and
attractions to the other gas
particles are not important.
When solids or liquids form
solutions, there must be an
attraction between the solute
particles and the solvent
particles.
Substance/Substancia
Every type of matter is called
substance. The different types
of subtance are differentiated by
means its specific properties,
depending on its composition.
Cada tipo de materia se denomina substancia. Los diferentes tipos de substancia se diferencian por medio de sus propiedades específicas, que dependen de su composición.
Pure substances/Substancias purasA pure substance has only one component.
It has a homogeneous look. It has unique
properties that characterise it (i.e., its
density). These properties distinguish it from
every other substance.
Pure substances in nature can be either
chemical compounds or elements.
1. Chemical compounds contain two or
more elements joined up. The atoms are
from different elements. They have a fixed
composition: water is always made up of two
atoms of hydrogen and one atom of oxygen;
its formule can be expressed as H2O.
2. Chemical elements cannot be broken
down into simpler substances. About ninety
chemical elements can be found in nature.
Hydrogen ans oxygen are chemical
elements.
Una substancia pura tiene un único componente. Tiene aspecto homogéneo. Tiene propiedades únicas que la caracterizan (p.ej., su densidad). Estas propiedades la distinguen de otra substancia.
En la naturaleza, las substancias puras pueden ser compuestos químicos o elementos.
1. Los compuestos químicos contienen dos o más elementos juntos. Los átomos son de elementos diferentes. Tienen una composición fija: el agua siempre está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; su fórmula puede ser expresada como. H2O.
2. Los elementos químicos no pueden ser descompuestos en substancias más sencillas. En la naturaleza existen alrededor de noventa elementos químicos. El hidrógeno y el oxígeno son elementos químicos.
Atoms: the Nature of matter
Átomos: la naturaleza de la materiaIt is huge the number of substances
existing in the Universe, but all of them are
made up of atoms. Atom is the smaller unit
characterizing and identifying the different
types of matter, keeping both its identity
and its propieties.
Every object has so many atoms that we
cannot imagining it: In 12 g of carbon there
are 6,022*1023 atoms.
Atoms are made up of three different
classes of particles (elemental particles):
protons, neutrons and electrons. In this
model, protons and neutrons are in a
dense, central zone: the nucleus. This is
surrounded by a cloud of negatively
charged electrons.
Es enorme el número de substancias que existen en el Universo, pero todas ellas están formadas por átomos. El átomo es la unidad más pequeña que caracteriza e identifica a los distintos tipos de materia, manteniendo tanto su identidad como sus propiedades.
Cada objeto tiene tantos átomos que no lo podemos imaginar: en 12 g de carbono hay 6,022*1023 átomos.
Los átomos están formados por tres clases de partículas diferentes (partículas elementales): protones, neutrones y electrones. En este modelo, los protones y los neutrones están en una zona densa y central: el nucleo. Éste está rodeado por una nube de electrones cargados negativamente.
Atoms/ÁtomosEvery type of atoms differs by
the number of protons there are
in its nucleus. It is the atomic
number. For example, the gold
atoms have one proton more
than those of the platinum.
Each one of these different
types of atoms are called
chemical element. So,
Platinum and Gold are chemical
elements. But different.
Every chemical element is
identifying by means a name
and a symbol.
All of the chemical elements are
gathered in the periodic table
(next slide). The order is due to
the atomic number.
Cada tipo de átomos difiere por el número de protones que hay en su núcleo. Es el número atómico. Por ejemplo, los átomos de oro tienen un protón más que los del platino.
Cada uno de estos diferentes tipos de átomos se denomina elemento
químico. Así, el Platino y el Oro son elementos químicos.
Cada elemento químico se identifica por un nombre y un símbolo.
Todos los elementos químicos están recogidos en la tabla periódica (ver diapositiva siguiente) el orden se debe al número atómico.
Nucleus/Núcleo
Electronic cloud
Nube electrónica
Every chemical element is
identified by means a name and a
symbol. All of them are grouped in
the periodic table as rows
(periods) ant columns (groups).
Names and symbols/Nombres y símbolos
Cada elemento químico se identifica por un nombre y un símbolo. Todos ellos están agrupados en la tabla periódica en filas (periodos) y columnas (grupos).
Periods/periodos
Groups/grupos
6
5
4
3
2
1
VIIIVIIAVIAVAIVAIIIA
Elements and Nature/Elementos y Naturaleza
Although all of the atoms are made
up of the same elemental particles,
every element has different
properties and are present in the
matter in different proportions.
The most abundant elements in the
Universe are hydrogen and
helium. Both of them are the basic
components of the stars (the Sun is
one of them). So, for example, they
represent 92,4 and 7,5 %
respectively of our Solar System.
Aunque todos los átomos están formados por las mismas partículas elementales, cada elemento tiene diferentes propiedades y estápresente en la materia en diferentes proporciones.
Los elementos más abundantes en el Universo son el hidrógeno y el helio. Ambos son los componentes básicos de las estrellas (el Sol es una de ellas). Así, por ejemplo, representan el 92,4 y el 7,5% respectivamente de nuestro Sistema Solar.
ELEMENTS IN THE EARTH CRUST
As far as we know, the most abundant
elements in the Earth are iron (40%) and
oxygen (28%). Nevertheless, the crust
composition is quite different: oxygen,
silicon, aluminium and iron are the most
abundant elements, and they are generally
combined whith each other, as it happens
in silicates and many other minerals
(oxides).
ELEMENTOS EN LA CORTEZA TERRESTRE
Hasta donde sabemos, los elementos más abundantes en la Tierra son el hierro (40%) y el oxígeno (28%). No obstante, la composición de la corteza es muy diferente: oxígeno, silicio, aluminio y hierro son los más abundantes, y generalmente aparecen combinados unos con otros, como ocurre en los silicatos y en muchos otros minerales (óxidos).
http://geography.sierra.cc.ca.us/Booth/Physical/chp13_earth/crust_composition.gif
Elements in the living beings/Elementos en los seres vivosThe chemical elements
forming living beings are
called bioelements.
Their proportions in
those are different.
Carbon, hydrogen and
nitrogen form 95% of
all living beings.
Atoms of carbon
combine with many
other atoms to form a
wide variety of
molecules in living
beings (carbohydrates,
proteins, lipids, nucleic
acids)
Los elementos químicos que forman los seres vivos se llaman bioelementos. Sus proporciones en aquellos son diferentes.
El carbono, hidrógeno ynitrógeno forman el 95% de todos los seres vivos.
Los átomos de carbono se combinan con otros átomos para formar una gran variedad de moléculas en los seres vivos (carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos).
Other elements/Otros elementos
In Sea Water
- Chlorine. It is a gas thatcombines with metals to form
salts.
- Sodium. It is a metal. It formssodium chloride, that is the
common salt.
- Potassium. It is an other metal. It can be found in potassium
chloride.
- Calcium. It is a metal present in many solved salts: sulphates and
carbonates. It is also present in
the shells of manjy invertebrates
and in the innner skeleton of
vertebrates.
En el agua del mar
- Cloro. Es un gas que se combina con metales para formar sales.
- Sodio. Metal que forma el cloruro sódico, esto es, la sal común.
- Potasio. Otro metal. Forma el cloruro de potasio
- Calcio. Metal presente en muchas sales disueltas: sulfatos y carbonatos. Está presente también formando los caparazones de invertebrados y el esqueleto interno de los vertebrados.
Atoms, molecules and crystals
Átomos, moléculas y cristales
It is huge the number of substances we
can find around us, but all of them are
made up of different combinations of the
described chemical elements. When
atoms are combined, they can produce
molecules or, even, crystals.
1. Molecules are groups of atoms. These
atoms might be the same or not. For
example: O2 is a molecule of oxygen with
only two atoms of this element, but H2O is
an other molecule with three atoms: two
of hydrogen and one of oxygen.
2. In the case of crystals, the number of
atoms in combination may be higher, and
they are strictly ordered in fixed positions.
Es enorme el número de substancias que podemos encontrar a nuestro alrededor, pero todas ellas están formadas por diferentes combinaciones de los elementos químicos descritos. Cuando los átomos se combinan, pueden producir moléculas o, incluso, cristales.
1. Las moléculas son grupos de átomos. Estos átomos pueden o no ser los mismos. Por ejemplo: El O2 es una molécula de oxígeno con sólo dos átomos de este elemento, pero H2O es otr molécula con tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno
2. En los cristales, el número de átomos en combinación puede ser mayor, y esto están en posiciones estrictamente ordenadas y fijas.
Different types of molecules
An example of a crystal. Atomic
representation of sodium chloride or table
salt. This compound forms in nature as a
highly ordered, three-dimensional network
of oppositely charged ions. The bonds that
form between the sodium (Na+) and (Cl-)
chloride ions give this compound great
internal strength allowing it to form large
crystals.
Pictures from:
http://www.physicalgeography.net/fundamentals/
6a.html
Formulae/Fórmulas
If we use symbols to recognize
chemical elements (O: oxygen;
H: hydrogen; Fe: Iron; Ag:
Silver, etc.), we must to use
formulae to recognize
molecules.
A chemical formula consists of
chemical symbols and numbers
to indicate how many atoms of
each element make up a
molecule. There are different
types of formulae and they
depend of the molecule
represented:
Si usamos símbolos para reconocer elementos químicos (O: oxígeno; H: hidrógeno; Fe: hierro; Ag: plata, etc.), debemos usar fórmulas para reconocer moléculas.
Una fórmula química consiste en símbolos químicos y números que indican cuántos átomos de cada elemento hay en una molécula. Hay diferentes tipos de fórmulas y dependen de la molécula representada:
Types of formulae/Tipos de fórmulas• Simple substances. In
this case there are only
a class of element: N2 is
the formula for the
substance with
molecules made up of
two nitrogen atoms
joined together.
• Compound
substances. The
formula indicates which
elements make up the
molecule. In the case of
the carbon dioxide, CO2,
it consists of one atom
of carbon joined to two
atoms of oxygen.
• Substancias simples. En este caso sólo hay una clase de elemento: N2 es la fórmula de la substancia con moléculas formadas por dos átomos de nitrógeno unidos entre sí.
• Substancias
compuestas. La fórmula indica qué elementos forman una molécula. In el caso del dióxido de carbono, CO2, consiste en un átomo de carbono unido a dos de oxígeno.
Pictures from: http://www.windows.ucar.edu/physical_science/chemistry/n2_molecule_sm.gif
The case of crystals/El caso de los cristalesCrystals. Some elements form
simple crystals. In this case, the
chemical formula is the same as
for the chemical symbol for the
element. For example, carbon
crystals in diamonds, C.
Compound crystals. The
chemical formula indicates the
elements and their proportions
whitin the crystal. For common
salt is very easy, NaCl, but in
many other cases this is more
complicated: Na2SO4, CaCO3,
etc.
Cristales. Algunos elementos forman cristales simples. En este caso, la fórmula química es la misma que el símbolo químico del elemento. Por ejemplo, los cristales de carbono en los diamantes, C.
Cristales compuestos. La fórmula química indica los elementos y sus proporciones dentro del cristal- Para la sal común, NaCl, es muy fácil, pero en muchas otras ocasiones es más complicado: Na2SO4, CaCO3, etc.
Physical and chemical changesA physical change does notchange the composicion of
the substance.
In a chemical change, where there is a chemical
reaction, the substance is
changed to a new kind of
substance.Pictures of physical changes from:
http://www.chem4kids.com/files/art/matter_intro_2_240.gif
http://www.gly.uga.edu/railsback/FieldImages/MechanicalWeathering.jpeg
Oxidation as a chemical change.
Picture from: http://maiapatio.googlepages.com/weatheringpics
Synthetic materialsSynthetic Materials have been
manufactured or created by
human beings, as opposed to
those occurring in nature. The word
“synthetic” means artificially put
together, and comes from the
Greek words sin (“together”) and
tithemi (“put”).
Most of the materials used in
industrial manufacturing and
engineering are synthetic. A few
natural materials remain in
widespread use. Some of the most
popular synthetic materials are:
- Plastic.
- Glass.
- Fibreglass.
- Carbon fibre
- Fibre optic
Ahora este es el doctor Brainstorm (“tormenta de ideas”), que está tratando de engendrar polillas que puedan comer substancias sintéticas. Tomado de
http://www.cartoonstock.com/directory/s/synthetic_materials_gifts.asp
Algunas propiedades de los materiales sintéticos
Coches, bicicletas, raquetas de tenis, aeroplanos, etc.
Cables para telefonía, ordenadores, etc.
Barcos, carrocerías de coches, etc.
Múltiples usosMúltiples usosUsado para
-Ligero
- Resistente
- Elástico
- No se oxida
-Excelente conductor de la luz
- No se oxida
-Flexible y fuerte
- No se oxida
- Frágil, pero duro
- No se oxida
- Deja pasar la luz
- Impermeable
- Ligero, flexible
- Resistente
- No se oxida
Propie-dades
Fibra de carbono
Fibra óptica
Fibra de vidrio
VidrioPlásticoMaterial
El druida Panorámix, fabricando un material sintético: la pócima con que derrotar al enemigo, romano o lo que fuere…
Imagen tomada de las Aventuras de Astérix y Obélix.
Recycling/ReciclajeEvery year, modern
societies generate
more and more
rubbish. Urban solid
wastes are unwanted
solid and semi-solid
materials from homes,
commerce and
industry.
These wastes can be
harmful to the
environment. Some of
them are toxic. They
need to be treated or
recycled.
We can reduce solid
waste at home,
separating them and
helping to recycle some
of them to transform
them into new raw
materials.
Cada año, las sociedades modernas generan más y más basura. Los residuos sólidos
urbanos (RSU) son sonmateriales sólidos y semisólidos no deseados de nuestros hogares, del comercio y de la industria.
Estos residuos pueden ser dañinos para el medio. Algunos de ellos son tóxicos. Necesitan ser tratados o reciclados.
Nosotros podemos reducir los residuos sólidos en nuestro hogar separándolos y ayudando en el reciclaje de algunos de ellos para transformarlos en nuevas materias primas.
La típica bolsa de la basura
Fuente: http://reciclajeyproduccionlimpia.wordpress.com/2009/03/17/las-3-erres/