1.3 Propiedades físicas y químicas

Las características que distinguen una sustancia de otra se llaman propiedades. Una propiedad física es una característica de la materia que no está asociada con un cambio en su composición química. Los ejemplos de propiedades físicas incluyen densidad, color, dureza, puntos de fusión y ebullición, y conductividad eléctrica. Algunas propiedades físicas, como la densidad y el color, pueden observarse sin cambiar el estado físico de la materia. Otras propiedades físicas, como la temperatura de fusión del hierro o la temperatura de congelación del agua, solo se pueden observar cuando la materia experimenta un cambio físico, el cual es un cambio en el estado o las propiedades de la materia sin ningún cambio acompañante en las identidades químicas de las sustancias contenidas en la materia. Se observan cambios físicos cuando la cera se derrite, cuando el azúcar se disuelve en el café y cuando el vapor se condensa en agua líquida (Figura 1.18).

Figura 1.18. (a) La cera sufre un cambio físico cuando la cera sólida se calienta y forma cera líquida. (b) La condensación de vapor dentro de una olla es un cambio físico, ya que el vapor de agua se transforma en agua líquida (crédito a: modificación del trabajo por "95jb14"/Wikimedia Commons; crédito b: modificación del trabajo por "mjneuby"/Flickr).

El cambio de un tipo de materia en otro tipo (o la incapacidad de cambiar) es una propiedad química. Los ejemplos de propiedades químicas incluyen inflamabilidad, toxicidad, acidez y muchos otros tipos de reactividad. El hierro, por ejemplo, se combina con el oxígeno en presencia de agua para formar óxido; El cromo no se oxida (Figura 1.19). La nitroglicerina es muy peligrosa porque explota fácilmente.

Otros ejemplos de cambios físicos incluyen la magnetización y desmagnetización de metales (como se hace con las etiquetas de seguridad antirrobo comunes) y la molienda de sólidos en polvos (que a veces pueden producir cambios notables en el color). En cada uno de estos ejemplos, hay un cambio en el estado físico, la forma o las propiedades de la sustancia, pero ningún cambio en su composición química. El neón casi no representa peligro porque es muy poco reactivo.

Figura 1.19. (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).

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 diferente de materia que el hierro, el oxígeno y el agua presentes antes de que se formara el óxido.

Figura 1.20. (a) El cobre y el ácido nítrico experimentan un cambio químico para formar nitrato de cobre y dióxido de nitrógeno gaseoso marrón. (b) Durante la combustión deln fósforo, la celulosa en el fósforo y el oxígeno del aire experimentan un cambio químico para formar dióxido de carbono y vapor de agua. (c) Cocinar la carne roja provoca una serie de cambios químicos, incluida la oxidación del hierro en la mioglobina, que provoca el cambio familiar del color rojo al marrón. (d) Un plátano que se vuelve marrón es un cambio químico a medida que se forman nuevas sustancias más oscuras (y menos sabrosas). (Crédito b: modificación del trabajo de Jeff Turner; crédito c: modificación del trabajo de Gloria Cabada-Leman; crédito d: modificación del trabajo de Roberto Verzo).

La explosión de nitroglicerina es un cambio químico porque los gases producidos son tipos de materia muy diferentes de la sustancia original. Otros ejemplos de cambios químicos incluyen reacciones que se realizan en un laboratorio (como el cobre que reacciona con ácido nítrico), todas las formas de combustión (quema) y los alimentos que se cocinan se pudren (Figura 1.20).

Las propiedades de la materia caen en una de dos categorías. Si la propiedad depende de la cantidad de materia presente, es una propiedad extensa. La masa y el volumen de una sustancia son ejemplos de propiedades extensivas; por ejemplo, un galón de leche tiene una masa más grande que una taza de leche. El valor de una propiedad extensa es directamente proporcional a la cantidad de materia en cuestión. Si la propiedad de una muestra de materia no depende de la cantidad de materia presente, es una propiedad intensiva (la temperatura, por un ejemplo). Si el galón y la taza de leche están a 20 °C (temperatura ambiente), cuando se combinan, la temperatura se mantiene en 20 °C. Otro ejemplo son las propiedades distintas pero relacionadas del calor y la temperatura. Una gota de aceite de cocina caliente salpicado en tu brazo causa una pequeña molestia, mientras que una olla de aceite caliente produce quemaduras graves. Tanto la gota como la olla de aceite están a la misma temperatura (una propiedad intensiva), pero la olla claramente contiene mucho más calor (propiedad extensiva).

Química en la vida cotidiana

1.3.1 Diamante del peligro

Es posible que hayas visto el símbolo que se muestra en la figura 1.21 en contenedores de productos químicos en un laboratorio o lugar de trabajo.

A veces llamado "diamante de fuego" o "diamante de peligro" , este diamante de riesgo químico proporciona información valiosa que resume brevemente los diversos peligros de los que debes estar atento al trabajar con una sustancia en particular.

Figura 1.21. El diamante de peligro de la Agencia Nacional de Protección contra Incendios (NFPA, por sus siglas en inglés) 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 NFPA para proporcionar información de seguridad sobre ciertas sustancias.

El sistema detalla la inflamabilidad, la reactividad, la salud y otros peligros. Dentro del símbolo de diamante general, el diamante superior (rojo) especifica el nivel de riesgo de incendio (rango de temperatura para el punto de inflamación). El diamante azul (izquierdo) indica el nivel de peligro para la salud. El diamante amarillo (a la derecha) describe los peligros de reactividad, como la facilidad con que la sustancia se detonará o un cambio químico violento. El diamante blanco (abajo) señala peligros especiales, como si se trata de un oxidante (que permite que la sustancia se queme en ausencia de aire/oxígeno), sufre una reacción inusual o peligrosa con el agua, es corrosivo, ácido, alcalino, Un peligro biológico, radioactivo, etc. Cada peligro se clasifica en una escala de 0 a 4, donde 0 no es peligroso y 4 es extremadamente peligroso.

Si bien muchos elementos difieren dramáticamente en sus propiedades químicas y físicas, algunos elementos tienen propiedades similares. Por ejemplo, muchos elementos conducen bien el calor y la electricidad, mientras que otros son malos conductores. Estas propiedades se pueden usar para clasificar los elementos en tres clases: metales (elementos que conducen bien), no metales (elementos que conducen mal) y metaloides (elementos que tienen conductividades intermedias).

La tabla periódica es una tabla de elementos que coloca elementos con propiedades similares muy cerca (Figura 1.22). Aprenderás más sobre la tabla periódica a medida que continúes tu estudio de química.

Figura 1.22. La tabla periódica muestra cómo se pueden agrupar los elementos de acuerdo con ciertas propiedades similares. Observa que el color de fondo indica si un elemento es un metal, metaloide o no metal, mientras que el color del símbolo del elemento indica si es un sólido, líquido o gas.

Presentamos, también, una tabla periódica interactiva diseñada por Juan Guillermo Rivera Berrío, en la cual puedes seleccionar un elemento químico y conocer algunas características adicionales, que se explicarán con más detalle en capítulos posteriores.

En este interactivo, pasa el puntero del ratón sobre un elemento para leer algunas de sus características. También puedes identificar los tipos de elementos metales y no metales. El color del elemento define si se trata de un elemento sólido, líquidos, gaseoso o desconocido.