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.

Mixture examplesHeterogeneous Homogeneous

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

http://www.ptable.com/

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 bolsa de basura

http://www.portal-ambiental.com.ar/imagenes/bolsabasura.jpg

La típica bolsa de la basura

Fuente: http://reciclajeyproduccionlimpia.wordpress.com/2009/03/17/las-3-erres/

Producción de residuos domésticos en España

en 1998

http://p

r.kalipedia.com/kalipediamedia/cienciasnaturales/medi

a/200704/18/ecologia

Source: Natural Science 1. Santillana-Richmond Ed. (2008)

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