Objetivos de aprendizaje
Al finalizar esta sección, serás capaz de:
- Identificar las propiedades de la materia y los cambios en ella como físicos o químicos
- Identificar las propiedades de la materia como extensivas o intensivas
Las características que nos permiten distinguir 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. Podemos observar algunas propiedades físicas, como la densidad y el color, sin cambiar el estado físico de la materia observada. Otras propiedades físicas, como la temperatura de fusión del hierro o la temperatura de congelación del agua, sólo 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 su composición química (las identidades de las sustancias que contiene la materia). Observamos un cambio físico cuando la cera se derrite, cuando el azúcar se disuelve en el café y cuando el vapor se condensa en agua líquida (Figura 1). Otros ejemplos de cambios físicos son la magnetización y desmagnetización de metales (como se hace con las habituales etiquetas de seguridad antirrobo) y la trituración de sólidos hasta convertirlos en polvo (lo que a veces puede producir cambios notables de color). En cada uno de estos ejemplos, se produce un cambio en el estado físico, la forma o las propiedades de la sustancia, pero no se produce ningún cambio en su composición química.
Figura 1. (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 transforma en agua líquida. (crédito a: modificación de la obra por «95jb14″/Wikimedia Commons; crédito 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, la reactividad (muchos tipos) y el calor de combustión. El hierro, por ejemplo, se combina con el oxígeno en presencia de agua para formar óxido; el cromo no se oxida (Figura 2). La nitroglicerina es muy peligrosa porque explota con facilidad; el neón no representa casi ningún peligro porque es muy poco reactivo.
Figura 2. (a) Una de las propiedades químicas del hierro es que se oxida; (b) una de las propiedades químicas del cromo es que no lo hace. (crédito a: modificación del trabajo de Tony Hisgett; crédito b: modificación del trabajo de «Atoma»/Wikimedia Commons)
Para identificar una propiedad química, buscamos un cambio químico. 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 3).
Figura 3. (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) Un plátano que se vuelve marrón es un cambio químico al formarse nuevas sustancias más oscuras (y menos sabrosas). (crédito b: modificación de la obra de Jeff Turner; crédito c: modificación de la obra de Gloria Cabada-Leman; crédito d: modificación de la obra de Roberto Verzo)
Diamante de peligro
Es posible que haya visto el símbolo que se muestra en la figura 4 en los contenedores de productos químicos en un laboratorio o lugar de trabajo. A veces llamado «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 4. El diamante de peligro de la Agencia Nacional de Protección contra Incendios (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 detalla la inflamabilidad, la reactividad, la salud y otros peligros. Dentro del símbolo general del diamante, el diamante superior (rojo) especifica el nivel de peligro de incendio (rango de temperatura para el punto de inflamación). El diamante azul (izquierda) indica el nivel de peligro para la salud. El diamante amarillo (derecho) describe los peligros 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, ácida, alcalina, un peligro biológico, radiactiva, etc. Cada peligro se clasifica en una escala de 0 a 4, siendo 0 sin peligro y 4 extremadamente peligroso.
Aunque muchos elementos difieren drásticamente en sus propiedades químicas y físicas, algunos elementos tienen propiedades similares. Podemos identificar conjuntos de elementos que presentan comportamientos comunes. Por ejemplo, muchos elementos conducen bien el calor y la electricidad, mientras que otros son malos conductores. Estas propiedades pueden utilizarse para clasificar los elementos en tres clases: metales (elementos que conducen bien), no metales (elementos que conducen mal) y metaloides (elementos que tienen propiedades tanto de los metales como de los no metales).
La tabla periódica es una tabla de elementos que coloca los elementos con propiedades similares cerca unos de otros (Figura 5). Aprenderás más sobre la tabla periódica a medida que continúes tu estudio de la química.
Figura 5. La tabla periódica muestra cómo se pueden agrupar los elementos según ciertas propiedades similares. Obsérvese 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.
Conceptos clave y resumen
Todas las sustancias tienen propiedades físicas y químicas distintas, y pueden sufrir cambios físicos o químicos. Las propiedades físicas, como la dureza y el punto de ebullición, y los cambios físicos, como la fusión o la congelación, no implican un cambio en la composición de la materia. Las propiedades químicas, como la inflamabilidad y la acidez, y los cambios químicos, como la oxidación, implican la producción de materia que difiere de la presente de antemano.
Las propiedades medibles se clasifican en una de dos categorías. Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de materia presente, por ejemplo, la masa del oro. Las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de materia presente, por ejemplo, la densidad del oro. El calor es un ejemplo de propiedad extensiva, y la temperatura es un ejemplo de propiedad intensiva.
Ejercicios de fin de capítulo de Química
- Califica las seis propiedades subrayadas en el siguiente párrafo como químicas o físicas: El flúor es un gas amarillo pálido que reacciona con la mayoría de las sustancias. El elemento libre se funde a -220 °C y hierve a -188 °C. Los metales finamente divididos arden en flúor con una llama brillante. Diecinueve gramos de flúor reaccionarán con 1,0 gramos de hidrógeno.
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- condensation of steam
- burning of gasoline
- souring of milk
- dissolving of sugar in water
- melting of gold
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- coal burning
- ice melting
- mixing chocolate syrup with milk
- explosion of a firecracker
- magnetizing of a screwdriver
- The volume of a sample of oxygen gas changed from 10 mL to 11 mL as the temperature changed. Is this a chemical or physical change?
- A 2.0-liter volume of hydrogen gas combined with 1.0 liter of oxygen gas to produce 2.0 liters of water vapor. Does oxygen undergo a chemical or physical change?
- Explain the difference between extensive properties and intensive properties.
- Identify the following properties as either extensive or intensive.
- volume
- temperature
- humidity
- heat
- boiling point
- The density (d) of a substance is an intensive property that is defined as the ratio of its mass (m) to its volume (V).
\text{density}=\frac{\text{mass}}{\text{volume}}\phantom{\rule{2em}{0ex}}; \text{d}=\frac{\text{m}}{\text{V}}
Considering that mass and volume are both extensive properties, explain why their ratio, density, is intensive.
Selected Answers
2. (a) physical; (b) chemical; (c) chemical; (d) physical; (e) physical
4. physical
6. The value of an extensive property depends upon the amount of matter being considered, whereas the value of an intensive property is the same regardless of the amount of matter being considered.
8. Being extensive properties, both mass and volume are directly proportional to the amount of substance under study. Dividiendo una propiedad extensiva por otra se «anula», en efecto, esta dependencia de la cantidad, dando lugar a una relación independiente de la cantidad (una propiedad intensiva).
Glossary
chemical change
change producing a different kind of matter from the original kind of matter
chemical property
behavior that is related to the change of one kind of matter into another kind of matter
extensive property
property of a substance that depends on the amount of the substance
intensive property
property of a substance that is independent of the amount of the substance
physical change
change in the state or properties of matter that does not involve a change in its chemical composition