La materia y sus propiedades: estructura, enlace, estados y cambios
La materia se estudia desde el átomo hasta las propiedades macroscópicas: qué partículas la forman, cómo se enlazan y por qué de ello dependen el punto de fusión, la solubilidad o la conductividad. También se pregunta por los estados de agregación, los cambios de estado y el comportamiento de los gases.
Estructura atómica y enlace
Z es el número de protones y A la suma de protones y neutrones; los isótopos comparten Z y difieren en neutrones. La configuración electrónica explica la posición en la tabla: los elementos de un mismo grupo tienen la misma capa externa y propiedades químicas parecidas. En el enlace iónico hay transferencia de electrones entre metal y no metal; se forman redes cristalinas de puntos de fusión alto, solubles en agua y conductoras fundidas o disueltas, pero no en estado sólido. El covalente comparte electrones: las moléculas pequeñas funden a temperaturas bajas y no conducen; las redes covalentes (diamante, cuarzo) son muy duras y refractarias. El metálico se explica por un mar de electrones deslocalizados: conduce en sólido y es dúctil y maleable. Entre moléculas actúan fuerzas de London, dipolo-dipolo y enlaces de hidrógeno, responsables de que el agua hierva a 100 °C y no a una temperatura mucho menor.
Estados de agregación y cambios
Sólido, líquido y gas se distinguen por el orden y la libertad de las partículas; el diagrama de fases muestra qué estado es estable según presión y temperatura, con el punto triple como coexistencia de los tres. En los cambios de estado la temperatura no varía mientras coexisten las fases: la energía se emplea como calor latente, mientras que en un cambio de temperatura se usa Q = mcΔT. Los gases se ajustan a PV = nRT y a las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac.
Ejemplo resuelto
Un gas ocupa 2,0 L a 300 K y 1,0 atm. ¿Qué volumen ocupará a 450 K y 1,5 atm? Como n es constante, V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2,0 × (1,0/1,5) × (450/300) = 2,0 L. El volumen es inversamente proporcional a la presión y directamente proporcional a la temperatura absoluta.
Errores que cuestan puntos
Usar grados Celsius en lugar de kelvin en las leyes de gases; creer que un cambio de estado es una reacción química; confundir enlace intramolecular con fuerzas intermoleculares; olvidar que el punto de ebullición depende de la presión; afirmar que un sólido iónico conduce la corriente.