EL ÁTOMO

LA HISTORIA DEL ÁTOMO 

Desde la antigüedad , el ser humano se ha cuestionado de que estaba hecha la materia.

Unos 400 años antes de Cristo , el filosofo griego Democrito considero que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras mas pequeñas . 

Por ello , llamó a estas partículas átomos , que en griego quiere decir "indivisible". Democrito atribuyo los átomos las cualidades de ser eternos , inmutables e indivisibles .

Sin embargo las ideas de Democrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su

época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración .

LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO 

En el átomo distinguimos dos partes :

•  el núcleo
•  la corteza . 

El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva , los protones , y
partículas que no poseen carga eléctrica , es decir son neutras , los neutrones . La masa de un proton es aproximadamente igual a la de un neutron .

Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo numero de protones . Este numero , que caracteriza a cada elemento y lo distingue d los demás , es el numero atómico y se representa con la letra Z .



La corteza es la parte exterior del átomo . En ella se encuentran los electrones , con carga negativa .
Estos , ordenados en distintos niveles , giran alrededor del núcleo . 

La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de protón .


Los átomos son electricamente neutros , debido a que tienen igual numero de protones que de electrones . Así , el numero atómico también coincide con el numero de electrones .

La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A .

Para representar un átomo , hay que indicar el número másico (A) y el número atómico (Z) , colocados como índice y subíndice , respectivamente , a la izquierda del símbolo del elemento .

ARQUÍMEDES

Un cuerpo sólido está sumergido en dos líquidos inmiscibles: agua y aceite. Determinaremos la densidad de dicho cuerpo por dos métodos distintos:

• El principio de Arquímedes
• La ecuación fundamental de la estática de fluidos

El aceite que tiene una densidad 0.8 g/cm3 se sitúa en la parte superior y el agua que es más densa 1.0 g/cm³ se sitúa en la parte inferior del recipiente.

La densidad del bloque es un número al azar comprendido entre la densidad del aceite 0.8, y la del agua 1.0. Un cuerpo de esta densidad flota entre los dos líquidos.



Principio de Arquímedes

Conociendo que parte del sólido está sumergido en aceite (fluido 1) o en agua (fluido 2), se determinará la densidad de dicho cuerpo.

Consideremos una esfera de radio R que tiene una densidad ρ<1 y que se mantiene completamente sumergida en agua. Se suelta la esfera y se observa su movimiento oscilatorio

En esta página, vamos a comprobar que su comportamiento difiere del Movimiento Armónico Simple (M.A.S.).

ECUACIÓN  DEL   MOVIMIENTO.

Supondremos que el agua y el aire son fluidos ideales, que no ejercen fuerzas de rozamiento sobre la esfera en movimiento.

Para describir el movimiento, situamos el origen del eje X en la superficie del agua y llamamos x a la posición del centro de la esfera.

• Cuando x=-R, la esfera se encuentra completamente sumergida
• Cuando x=+R la esfera se encuentra justamente fuera del agua

Cuando la esfera se encuentra parcialmente sumergida las fuerzas que actúan son:

• El peso  mg
• El empuje  E

Para una esfera de densidad ρ relativa al agua (cuya densidad es la unidad) la masa es

El empuje es el peso en agua del volumen de la parte sumergida. Calculamos el volumen de la parte de la esfera sumergida en agua. Este volumen V es la suma (integral) de los elementos diferenciales de volumen de radio y y de altura dx, uno de los cuales se muestra en la figura.

Cuando x=-R obtenemos el volumen de la esfera 4πR3/3 La ecuación del movimiento es Para calcular la posición x del centro de la esfera en función del tiempo t, resolvemos esta ecuación diferencial por procedimientos numéricos con las siguientes condiciones iniciales, en el instante t=0, x=-R, dx/dt=0. Cuando la esfera se encuentra completamente sumergida x=-R se suelta (su velocidad inicial es cero). Transformamos la ecuación diferencial de segundo orden, en la ecuación diferencial de primer orden. Que podemos integrar entre x=-R donde la velocidad de la esfera es nula (posición inicial) y la posición x≤R, donde la velocidad es v.

Estados De La Materia Y Sus Cambios De Estados

ESTADOS DE LA MATERIA 

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación:

•  Sólidos:  
• Liquido 
• Gaseoso 

Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.

La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso.

• Los Sólidos:Tienen formas y volumen constante. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de su estructura.

•  Los Líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.

• Los  Gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.

Sólido:

 Los cuerpos sólidos, son aquellos que mantienen forma y volumen constantes gracias a la gran cohesión de sus moléculas.

Entre las propiedades de los sólidos, se destacan la elasticidad (un sólido puede recuperar su forma original cuando es deformado), la dureza (no puede ser rayado por otro cuerpo más blanco) y la fragilidad (los sólidos pueden romperse en muchos pedazos ya que son quebradizos)

               

                                                   
                                                                                                
                                                                                                                          

Líquido:

 Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.

Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

GAS: 

Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos.
En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño.

Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene.

Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido.

Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.

Cambio De Estados

Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora.

 El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias.

Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico.

 Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0°C a la presión atmosférica normal.

Si calentamos un líquido, se transforma en gas.

 Este proceso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición.

 También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100°C a la presión atmosférica 

normal.

Clasificación De La Materia

La materia puede clasificarse en dos categorías principales: 

• Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades.

• Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras.

  

 Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:

• Los elementos son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias.

• Los compuestos, en cambio, sí pueden descomponerse en otras sustancias mediante reacciones químicas.

• Las mezclas homogéneas tienen el mismo aspecto y propiedades en toda su extensión, aunque esas propiedades son variables dependiendo de la proporción de cada componente en la mezcla.

• Las mezclas heterogéneas, en cambio, tienen distintas partes distinguibles con propiedades diferentes.

La Temperatura

La Temperatura

Es una medida de la intensidad de calor. Aunque tengan una estrecha relación, no debemos confundir la temperatura con el calor.

Cuando dos cuerpos, que se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta que las temperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección que toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.

En el sistema internacional la unidad de temperatura es el grado Kelvin.
Actualmente se utilizan tres escalas para medir al temperatura, la escala Celsius es la que todos estamos acostumbrados a usar, la Fahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Kelvin de uso científico.

Nombre	Símbolo	Temperaturas de referencia	Equivalencia
Escala Celsius	ºC	Puntos de congelación (0ºC) y ebullición del agua (100ºC)
Escala Fahrenhit	ºF	Punto de congelación de una mezcla anticongelante de agua y sal y temperatura del cuerpo humano.	ºF = 1,8 ºC + 32
Escala Kelvin	K	Cero absoluto (temperatura más baja posible) y puntos de congelación (273 ºC) y ebullición (373 ºC) del agua.	K = ºC + 273

El punto 0 de la escala Kelvin es el estado en que las partículas no tienen agitación térmica (0 absoluto, temperatura mínima), y a partir de ahí cada grado tiene el mismo tamañoo que en la escala Celsius. El hielo se funde a 273 K y el agua ebulle a 373 K.

Clasificación de la materia

La materia puede clasificarse en dos categorías principales:
● Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades.
● Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras.
Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:

- Los elementos son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias.
- Los compuestos, en cambio, sí pueden descomponerse en otras sustancias mediante reacciones químicas.
- Las mezclas homogéneas tienen el mismo aspecto y propiedades en toda su extensión, aunque esas propiedades son variables dependiendo de la proporción de cada componente en la mezcla.
- Las mezclas heterogéneas, en cambio, tienen distintas partes distinguibles con propiedades diferentes.

Cambio De Unidades De Volúmenes Y Sus Equivalencia

EL VOLUMEN 

Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.

El volumen es una magnitud física derivada (longitud al cubo). La unidad para medir volúmenes en el Sistema Internacional es el metro cúbico (m3) que corresponde al espacio que hay en el interior de un cubo de 1 m de lado. Sin embargo, se utilizan más sus submúltiplos, el decímetro cúbico (dm3) y el centímetro cúbico (cm3). Sus equivalencias con el metro cúbico son:

1 m3 = 1 00 000 dm3 

1 m3 = 1 000 000 cm3 

Para medir el volumen de los líquidos y los gases también podemos fijarnos en la capacidad del recipiente que los contiene, utilizando las unidades de capacidad, especialmente el litro (l) y el mililitro (ml). Existe una equivalencias entre las unidades de volumen y las de capacidad:

1 l = 1 dm3 1 ml= 1 cm3

LA DENSIDAD 

La densidad de una sustancia es el cociente entre la masa y el volumen, o sea, la cantidad de materia que hay en un espacio determinado:

Densidad = Masa/Volumen d = m/V

La masa y el volumen son propiedades generales o extensivas de la materia, es decir son comunes a todos los cuerpos materiales y además dependen de la cantidad o extensión del cuerpo. En cambio la densidad es una propiedad característica, ya que nos permite identificar distintas sustancias. Por ejemplo, muestras de cobre de diferentes pesos 1,00 g, 10,5 g, 264 g, ... todas tienen la misma densidad, 8,96 g/cm3.

Cada tipo de sustancia pura tiene un valor determinado de densidad, característico de esa 
sustancia. En la siguiente tabla tienes algunos ejemplos.

Sustancia	Densidad en kg/m3	Densidad en g/cm3
Agua	1000	1
Aceite	920	0,92
Gasolina	680	0,68
Plomo	11300	11,3
Acero	7800	7,8
Mercurio	13600	13,6
Madera	900	0,9
Aire	1,3	0,0013
Butano	2,6	0,026
Dióxido de carbono	1,8	0,018

La densidad se puede calcular de forma directa midiendo, independientemente, la masa y el volumen de una muestra

La Materia

Materia 

Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Estas características de la materia ya fueron estudiadas desde antiguo. Posee una cierta cantidad de energía, y esta sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con aparatos de medida.

En física y filosofía, materia es el termino para referirse a los constituyentes de la realidad material objetiva, entendiendo por objetiva que pueda percibida de la misma forma por diversos sujetos. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos perceptibles por medios físicos. 

Es decir es todo aquello que ocupa un sitio en el espacio se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc.

En física , se llama materia a cualquier tipo de entidad que es parte del universo  observable, tiene energía asociada, es capaz de interaccionar, es decir, es medible y tiene una localización espacio temporal compatible con las leyes de la naturaleza.

Clásicamente se considera que la materia tiene tres propiedades que juntas la caracterizan: ocupa un lugar en el espacio, tiene masa  y perdura en el tiempo.

En el contexto de la física moderna se entiende por materia cualquier campo, entidad , o discontinuidad traducible a fenómeno  perceptible que se propaga a través del espacio-tiempo a una velocidad igual o inferior a la de la luz  y a la que se pueda asociar energía . Así todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero solo algunas formas de materia tienen masa .

Arquímedes y la Corona de Hierón

Hierón II, rey de Siracusa en el siglo III a.c. 

y pariente de Arquímedes, tenía suficiente confianza en él para plantearle problemas aparentemente imposibles. Cierto orfebre le había fabricado una corona de oro. El rey no estaba muy seguro de que el artesano hubiese obrado rectamente; podría haberse guardado parte del oro que le habían entregado y haberlo sustituido por plata o cobre. Así que Hierón encargó a Arquímedes averiguar si la corona era de oro puro

Arquímedes no sabía qué hacer. El cobre y la plata eran más ligeros que el oro. Si el orfebre hubiese añadido cualquiera de estos metales a la corona, ocuparían un espacio mayor que el de un peso equivalente de oro. Conociendo el espacio ocupado por la corona (es decir, su volumen) podría contestar a Hierón, lo que no sabía era cómo averiguar el volumen de la corona.

Arquímedes siguió dando vueltas al problema en los baños públicos.

De pronto se puso en pie como impulsado por un resorte: se había dado cuenta de que su cuerpo desplazaba agua fuera de la bañera. El volumen de agua desplazado tenía que ser igual al volumen de su cuerpo. Para averiguar el volumen de cualquier cosa bastaba con medir el volumen de agua que desplazaba.