Propiedades físicas de los materiales

Objetivo

Hallar las densidades de diversos objetos, utilizando monedas, piedras, madera, varilla de fierro y diversos líquidos en el laboratorio de química.

Reverencia bibliográfica

Introducción

Es posible observar en nuestro mundo cotidiano que una gran variedad de cosas están construidas por piedras: los adoquines de las calles, las tejas de las casas, las mesadas de cocinas y bares, los pisos y revestimientos de paredes, entre otras tantas. Una observación más sutil, nos muestra la presencia de la piedra industrializada; ésta se presenta en el cemento, en los ladrillos y en los mosaicos y azulejos. Muchos adornos lujosos son hechos de piedra.

Por otra parte, el vidrio, la porcelana y la cerámica son productos derivados de las piedras. La humanidad se ha servido de las piedras desde tiempos remotos, gran parte de las armas y utensilios estaban hechos de piedra. Sin embargo, actualmente las piedras siguen ocupando un lugar preponderante: la piedra está aún en la base de nuestra civilización. Científicamente no se utiliza la palabra piedra pues resulta poco precisa, y así para referirse a los materiales que conforman la parte externa de la Tierra se habla de rocas.

¿Qué es una roca?

Existen numerosas sustancias inorgánicas de origen natural, de variada composición química y estructura: los minerales. Sin embargo, estos minerales no suelen encontrarse naturalmente en forma aislada (por eso son tan escasos los yacimientos de interés económico). Los minerales aparecen habitualmente asociados, formando rocas. Otras sustancias naturales, aún cuando no son reconocidas como minerales pueden formar rocas, éste es el caso del carbón, aunque no del petróleo; también es el caso de las acumulaciones de esqueletos de organismos animales o vegetales (que pueden ser de composición sílicea, fosfática o carbonática) y el de los vidrios de origen volcánico.

La definición más simple que puede esbozarse de roca es: material de que está compuesta la corteza terrestre. De este modo, se evita una descripción más

Propiedades físicas de los minerales

A) COLOR: El color es consecuencia de las radiaciones visibles reflejadas por el mineral, aunque muchas veces pueda cambiar por las impurezas que presente dicho mineral. Por ejemplo el cuarzo, incoloro o de color blanco, puede aparecer en cualquier color. Para conocer el color verdadero del mineral se emplea el color de la raya o raya, que es el color del polvo obtenido al rayar el mineral con una porcelana blanca.

B) BRILLO: Es el aspecto que presenta un mineral al reflejar la luz. Hay dos grandes tipos de brillo: metálico y no metálico. El brillo no metálico, a su vez, puede ser de muchas clases: adamantino, vítreo, nacarado, sedoso, céreo, mate, etc.

C) DUREZA: Es la resistencia que opone un mineral a ser rayado. De forma sencilla se mide mediante la escala de MOHS, compuesta por 10 minerales patrón ordenados de menor dureza (grado 1) a mayor dureza (grado 10), de tal forma que un mineral raya a los minerales de grado menor y es rayado por los de grado superior. Los grados 1 y 2 se rayan con la uña, los de grado 3 y 4 se rayan con la navaja y los de grado 5 y 6 se rayan con el vidrio.

D) PESO ESPECÍFICO (DENSIDAD): Es la relación entre el peso (masa) y el volumen del mineral: d = M / V, donde M (la masa o peso) se obtiene con la balanza y V (el volumen) se calcula por el volumen de agua desplazado al introducir el mineral en una probeta graduada.

E) BIRREFRINGENCIA: Algunos minerales, al ser atravesados por un rayo de luz, descomponen el mismo en dos rayos refractados. Si el mineral es transparente, los objetos que se observen a través de él se ven doble.

F) MAGNETISMO: Ciertos minerales, por su gran contenido en hierro, pueden ser atraidos por un imán (ferromagnéticos).

Formación de las rocas

Las rocas se forman:

• Por enfriamiento del magma.

• Por desintegración transporte y deposición.

• Por precipitación de sales inorgánicas contenidas en las aguas.

• Por la condensación de gases que contienen partículas minerales

• Por deposición de restos animales y vegetales.

• Por re cristalización parcial o total de los minerales de una roca debida a elevadas temperaturas y fuertes presiones.

En resumen se tiene que por cristalización de un magma se forman las rocas ígneas, que pueden ser básicas, ácidas o intermedias según su composición y plutónicas o intrusivas y volcánicas o extrusivas, según que su consolidación se haya producido en el interior de la tierra o en su superficie.

Luego las rocas ígneas ya consolidadas, por la acción del intemperismo se fragmentan o disgregan en fragmentos menores, partículas o clastos para formar los sedimentos, que posteriormente son transportados y acumulados en una cuenca apropiada, donde pueden sufrir un proceso de endurecimiento o compactación llamados diagénesis o litificación, para así formar las rocas sedimentarias.

Las rocas sedimentarias se encuentran constituidas por capas o estratos de diferente granulometría, así las arenas por litificación se convertirán en areniscas, los limos en lutitas, el material calcáreo en calizas, las gravas en conglomerados, etc.

Las rocas sedimentarias e ígneas pueden sufrir la acción de altas temperaturas y fuertes presiones provocadas por distintas causas que conduzcan a un cambio mineralógico y textural bien marcado, sin que tal cambio implique el paso por el estado líquido; a este proceso se lo denomina metamorfismo y a las rocas resultantes rocas metamórficas.

Finalmente tanto las rocas ígneas como sedimentarias y metamórficas, por la acción de fuertes presiones y elevadas temperaturas con determinadas condiciones especiales, pueden sufrir la fusión o refusión para volver nuevamente al estado magmático primitivo, dando así comienzo a un nuevo ciclo.

Los minerales que forman las rocas:

De un modo general podemos considerar que todos los minerales están presentes en las diversas rocas de la corteza terrestre, pero no todos ellos se encuentran en la misma proporción y, además, la gran mayoría de ellos son sólo rarezas de colección si se tiene en cuenta en qué proporción se encuentran en la naturaleza respecto de la totalidad de minerales existentes en la corteza terrestre. Se denominan minerales formadores de rocas a aquellos que constituyen mayoritariamente las rocas. Entre los principales merecen destacarse los silicatos (en todas sus variedades desde el cuarzo a las arcillas) y la calcita.

En una roca cualquiera existen minerales principales, que hacen a su clasificación, y otros accesorios, cuya presencia no es decisiva para dicha clasificación. Puede suceder que un mineral no sea importante para la clasificación de una roca aunque sí lo sea para otros fines, científicos o económicos, por ejemplo.

Así, por ejemplo, el granito es una roca formada por tres minerales principales, el cuarzo (Q), los feldespatos potásicos y calco-sódicos (F) y algún mineral de hierro y/o magnesio, como las micas (M) o los anfíboles (A). Como minerales accesorios pueden aparecer minerales como el circón, el rutilo (R) o la apatita (P).

Rocas monominerales:

Si bien la mayoría de las rocas están compuestas por varios minerales, algunas de ellas pueden ser de composición monomineral. Entre éstas podemos destacar: el yeso, la anhidrita, la caliza, compuesta por calcita y la dolomía (compuesta casi exclusivamente por dolomita).

También la diatomita, las radiolaritas y las calizas fussulínicas son rocas monominerales compuestas por esqueletos silíceos de diatomeas (algas unicelulares) y de radiolarios (protozoos microscópicos), en el primer y segundo casos, y carbonaticos de fussulínidos (protozoos macroscópicos) en el tercer caso. La sal común o halita (ClNa) también puede encontrarse formando espesos cuerpos de roca que en muchos casos han sido explotados durante siglos para el consumo alimenticio.

Rocas ígneas o magmáticas:

Se forman por la solidificación del magma, una masa mineral fundida que incluye volátiles, gases disueltos. El proceso es lento, cuando ocurre en las profundidades de la corteza, o más rápido, si acaece en la superficie. El resultado en el primer caso son rocas plutónicas o intrusivas, formadas por cristales gruesos y reconocibles, o rocas volcánicas o extrusivas, cuando el magma llega a la superficie, convertido enlava por desgasificación.

Las rocas magmáticas intrusivas son con mucho las más abundantes, forman la totalidad del manto y las partes profundas de la corteza. Son las rocas primarias, el punto de partida para la existencia en la corteza de otras rocas.

Dependiendo de la composición del magma de partida, más o menos rico en sílice (SiO2), se clasifican en ultramáficas (o ultrabásicas), máficas, intermedias y siálicas o ácidas, siendo estas últimas las más ricas en sílice. En general son más ácidas las más superficiales.

Las estructuras originales de las rocas ígneas son los plutones, formas masivas originadas a gran profundidad, losdiques, constituidos en el subsuelo como rellenos de grietas, y coladas volcánicas, mantos de lava enfriada en la superficie. Un caso especial es el de los depósitos piroclásticos, formados por la caída de bombas volcánicas, cenizas y otros materiales arrojados al aire por erupciones más o menos explosivas. Los conos volcánicos se forman con estos materiales, a veces alternando con coladas de lava solidificada (conos estratificados).

Rocas sedimentarias:.

Se constituyen por diagénesis (compactación y cementación) de lossedimentos, materiales procedentes de la alteración en superficie de otras rocas, que posteriormente son transportados y depositados por el agua, el hielo y el viento, con ayuda de la gravedad o porprecipitación desde disoluciones. También se clasifican como sedimentarios los depósitos de materiales organógenos, formados porseres vivos, como los arrecifes de coral, los estratos de carbón o los depósitos de petróleo. Las rocas sedimentarias son las que típicamente presentan fósiles, restos de seres vivos, aunque éstos pueden observarse también en algunas rocas metamórficas de origen sedimentario.

Las rocas sedimentarias se forman en las cuencas de sedimentación, las concavidades del terreno a donde los materiales arrastrados por la erosión son conducidos con ayuda de la gravedad. Las estructuras originales de las rocas sedimentarias se llaman estratos, capas formadas por depósito, que constituyen formaciones a veces de gran potencia (espesor).

Rocas metamórficas:

En sentido estricto es metamórfica cualquier roca que se ha producido por la evolución de otra anterior al quedar esta sometida a un ambiente energéticamente muy distinto de su formación, mucho más caliente o más frío, o a una presión muy diferente. Cuando esto ocurre la roca tiende a evolucionar hasta alcanzar características que la hagan estable bajo esas nuevas condiciones. Lo más común es elmetamorfismo progresivo, el que se da cuando la roca es sometida a calor o presión mayores, aunque sin llegar a fundirse (porque entonces entramos en el terreno del magmatismo); pero también existe un concepto de metamorfismo regresivo, cuando una roca evolucionada a gran profundidad — bajo condiciones de elevada temperatura y presión — pasa a encontrarse en la superficie, o cerca de ella, donde es inestable y evoluciona a poco que algún factor desencadene el proceso.

Las rocas metamórficas abundan en zonas profundas de la corteza, por encima del zócalo magmático. Tienden a distribuirse clasificadas en zonas, distintas por el grado de metamorfismo alcanzado, según la influencia del factor implicado. Por ejemplo, cuando la causa es el calor liberado por una bolsa de magma, las rocas forman una aureola con zonas concéntricas alrededor del plutón magmático. Muchas rocas metamórficas muestran los efectos de presiones dirigidas, que hacen evolucionar los minerales a otros laminares, y toman un aspecto laminar. Ejemplos de rocas metamórficas, son las pizarras, los mármoles o las cuarcitas.

Utilidad de las rocas

Las rocas pueden ser útiles por sus propiedades fisicoquímicas (dureza, impermeabilidad, etc.), por su potencial energético o por los elementos químicos que contienen.1 Siguiendo este criterio, las rocas pueden clasificarse en:

• Rocas industriales. Son rocas que se aprovechan por sus propiedades fisicoquímicas, independientemente de las sustancias y la energía que se pueda extraer. Se usan mayoritariamente en la construcción de viviendas y en obras públicas. Destacan las gravas y arenas, que se utilizan como áridos, la caliza, el yeso, el basalto, la pizarra y el granito. El cuarzo es la base de la fabricación del vidrio, y la arcilla de los productos cerámicos (ladrillos, tejas y loza).

• Rocas energéticas. Son útiles por la energía que contienen, que puede extraerse con facilidad por combustión. Se trata del carbón y del petróleo.

La densidad:

Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida,  sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad será de:

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua será:

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

La densidad es una característica de cada sustancia. Nos vamos a referir a líquidos y sólidos homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia con la presión y la temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.

Materiales y métodos

• 1. Probetas graduadas.

• 2. Variedades de piedras pequeñas.

• 3. Agua.

• 4. Balanza.

PROCEDIMIENTOS:

• 1. Escogemos tres piedras pequeñas.

• 2. Pesamos las piedras en una balanza y anotamos su peso.

• 3. Llenamos las probetas con agua en una medida específica y luego lo introducimos una piedra en cada probeta.

• 4. Analizamos los resultados obtenidos.

• 5. Anotamos los resultados en un cuadernillo de apunte.

Resultados

PIEDRA

P1=5 g + 50ml H2O = 51ml

P1=10g + 50ml H2O = 53.5ml

P1=10g + 50ml H2O = 53.5m

METAL

M1=295g diámetro 1.5cm altura 19.5cm + 60mlH2O =

M2=20g diámetro 0.5cm altura 9cm + 60mlH2O = 62.5cm

d = m/v=>pr h

MADERA

M1=30g + 50mlH2O =

M2=2Og + 50mlH2O =

M3=25g + 50mlH2O =

MONEDA

M1=6.4 diámetro 2.51 altura 1.5mm =0.0015cm + 50mlH2O =

M2=7.1 diámetro 2.51 altura 2mm =0.002cm + 50mlH2O =

M3=3.4 diámetro 2.51 altura 1.5mm =0.0015cm + 50mlH2O =

V cilindro=pr h

LIQUIDOS

MasaV1=50g Vaso petróleo 80ml MV1 + petróleo = 115g

MasaV2=6.5g Vaso bencina 80ml MV2 + bencina = 125g

MasaV3=50g Vaso gaseosa 80ml MV3 + gaseosa = 115g

Conclusión

La densidad es una propiedad característica de los cuerpos y de las sustancias.

Con el mismo volumen: cuanto mayor es la masa, mayor es la densidad, por lo tanto, a menor masa, menor densidad.

Con la misma masa: cuanto mayor es el volumen, menor es la densidad, por lo tanto, a menor volumen, mayor densidad.

Discusión

• Comparar los resultados obtenidos en cada materia (objeto) con el valor de la densidad reportada. 

Tras la realización de la experiencia, los grupos de trabajo deben comprobar que la densidad de los distintos trabajos medido se corresponde con la del H2O.VALORACIÓN PERSONAL:

Me ha gustado esta práctica porque hemos podido trabajar con diferentes materias e instrumentos, y nos ha dado la oportunidad de comprobar, aunque sea algo muy obvio, que la densidad es una propiedad característica de los cuerpos.

Webgrafía

www.desarrolloweb.com

www.computrabajo.es

www.monografias.com

www.rincondelvago.com

www.slideshare.net

Anexo

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Autor:

Carlos Sleyter Correa Benito