2.1. Propiedades generales y específicas. La densidad
Tema 2: La materia y sus estados | Física y Química 2º ESO
1. ¿Cómo clasificamos las propiedades de la materia?
La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen en el espacio. Para estudiar y diferenciar los distintos tipos de materia, clasificamos sus características en dos grandes grupos:
📦 Propiedades Generales (o Extensivas)
Son aquellas que dependen de la cantidad de materia que tenemos. No nos permiten identificar de qué sustancia se trata.
Ejemplos: La masa (g, kg) y el volumen (mL, L, cm³, m³). Saber que un objeto pesa 500 g no nos dice si es de madera, hierro o agua.
🔬 Propiedades Específicas (o Intensivas)
Son características propias de cada sustancia y no dependen de la cantidad. Nos permiten identificar la materia sin dudarlo.
Ejemplos: La densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, la dureza, el color o la solubilidad.
2. La Densidad: La relación entre masa y volumen
La densidad ($d$) es una propiedad específica que nos indica cuánta masa tiene una sustancia en un volumen determinado. Nos dice lo "apretadas" que están las partículas dentro del cuerpo.
- Masa ($m$): Se mide en gramos ($\text{g}$) o kilogramos ($\text{kg}$).
- Volumen ($V$): Se mide en centímetros cúbicos ($\text{cm}^3$), mililitros ($\text{mL}$), decímetros cúbicos ($\text{dm}^3$) o litros ($\text{L}$).
- Unidades de densidad: En el laboratorio usaremos principalmente $\text{g/cm}^3$ (o $\text{g/mL}$) y en el Sistema Internacional $\text{kg/m}^3$.
Un objeto o líquido flotará sobre otro si su densidad es menor. El agua pura tiene una densidad de $1\text{ g/cm}^3$. El aceite ($0{,}9\text{ g/cm}^3$) flota sobre el agua porque es menos denso, mientras que una canica de hierro ($7{,}8\text{ g/cm}^3$) se hunde al fondo.
✏️ 10 Ejercicios graduados sobre Masa, Volumen y Densidad
Recuerda utilizar la fórmula principal $d = m / V$ o despejar la magnitud necesaria:
• Para calcular masa: $m = d \cdot V$
• Para calcular volumen: $V = m / d$
- Nivel 1 (Cálculo directo): Un bloque de madera tiene una masa de $120\text{ g}$ y ocupa un volumen de $150\text{ cm}^3$. Calcula su densidad en $\text{g/cm}^3$.
- Nivel 2 (Cálculo directo): Una probeta contiene $50\text{ mL}$ de un aceite cuya masa es de $46\text{ g}$. ¿Cuál es la densidad de este aceite en $\text{g/mL}$?
- Nivel 3 (Identificación): La masa de una joya es de $38{,}6\text{ g}$ y su volumen es de $2\text{ cm}^3$. Sabiendo que la densidad del oro es $19{,}3\text{ g/cm}^3$ y la de la plata es $10{,}5\text{ g/cm}^3$, ¿de qué metal está hecha la joya?
- Nivel 4 (Calcular masa): La densidad del hierro es de $7{,}8\text{ g/cm}^3$. Si tenemos una pieza de hierro con un volumen de $10\text{ cm}^3$, ¿cuál es su masa en gramos?
- Nivel 5 (Calcular volumen): La densidad del alcohol es $0{,}8\text{ g/cm}^3$. ¿Qué volumen en $\text{cm}^3$ ocupará una muestra de $240\text{ g}$ de alcohol?
- Nivel 6 (Flotabilidad): Introducimos en un vaso con agua ($d = 1\text{ g/cm}^3$) una figura de plástico con una masa de $36\text{ g}$ y un volumen de $40\text{ cm}^3$. ¿Flotará o se hundirá la figura? Justifica tu respuesta.
- Nivel 7 (Método de la probeta): Para medir el volumen de una piedra irregular, se llena una probeta con agua hasta los $100\text{ mL}$. Al introducir la piedra, el nivel del agua sube hasta los $135\text{ mL}$. Si la masa de la piedra es de $87\text{ g}$, calcula su densidad.
- Nivel 8 (Cambio de unidades en densidad): La densidad de la gasolina es de $0{,}7\text{ g/cm}^3$. Expresa esta densidad en $\text{kg/m}^3$, sabiendo que para pasar de $\text{g/cm}^3$ a $\text{kg/m}^3$ se multiplica por $1000$.
- Nivel 9 (Comparación de masas): Tenemos un frasco de $250\text{ cm}^3$ lleno de agua ($d = 1\text{ g/cm}^3$) y otro frasco idéntico de $250\text{ cm}^3$ lleno de mercurio ($d = 13{,}6\text{ g/cm}^3$). ¿Cuántos gramos pesa más el mercurio que el agua?
- Nivel 10 (Reto combinado): Un lingote rectangular de aluminio ($d = 2{,}7\text{ g/cm}^3$) tiene unas dimensiones de $10\text{ cm}$ de largo, $5\text{ cm}$ de ancho y $2\text{ cm}$ de alto. ¿Cuál es la masa total del lingote expresada en kilogramos ($\text{kg}$)?
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Solución Ejercicio 1:
$d = m / V = 120 / 150 = \mathbf{0{,}8\text{ g/cm}^3}$ -
Solución Ejercicio 2:
$d = m / V = 46 / 50 = \mathbf{0{,}92\text{ g/mL}}$ -
Solución Ejercicio 3:
Calculamos la densidad: $d = 38{,}6 / 2 = 19{,}3\text{ g/cm}^3$.
Coincide exactamente con la densidad del **oro**. -
Solución Ejercicio 4:
Despejamos masa: $m = d \cdot V = 7{,}8 \cdot 10 = \mathbf{78\text{ g}}$ -
Solución Ejercicio 5:
Despejamos volumen: $V = m / d = 240 / 0{,}8 = \mathbf{300\text{ cm}^3}$ -
Solución Ejercicio 6:
Calculamos la densidad de la figura: $d = 36 / 40 = 0{,}9\text{ g/cm}^3$.
Como $0{,}9\text{ g/cm}^3 < 1\text{ g/cm}^3$, la figura **flotará** sobre el agua. -
Solución Ejercicio 7:
1. Calculamos el volumen de la piedra por diferencia: $V = 135 - 100 = 35\text{ mL} = 35\text{ cm}^3$.
2. Calculamos la densidad: $d = 87 / 35 = \mathbf{2{,}48\text{ g/cm}^3}$ -
Solución Ejercicio 8:
Multiplicamos por $1000$: $0{,}7 \cdot 1000 = \mathbf{700\text{ kg/m}^3}$ -
Solución Ejercicio 9:
1. Masa de agua $= 1 \cdot 250 = 250\text{ g}$.
2. Masa de mercurio $= 13{,}6 \cdot 250 = 3400\text{ g}$.
3. Diferencia $= 3400 - 250 = \mathbf{3150\text{ g}}$ (el mercurio pesa $3{,}15\text{ kg}$ más). -
Solución Ejercicio 10:
1. Volumen del lingote $= 10 \cdot 5 \cdot 2 = 100\text{ cm}^3$.
2. Masa en gramos $= 2{,}7 \cdot 100 = 270\text{ g}$.
3. Pasamos a kg dividiendo entre $1000$: $270 : 1000 = \mathbf{0{,}27\text{ kg}}$
