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

–

Autor:

Carlos Sleyter Correa
Benito