Propiedades intensivas: qué son, características y ejemplos
¿Qué son las propiedades intensivas?
Las propiedades intensivas es un conjunto de propiedades de las sustancias que no dependen del tamaño o cantidad de la sustancia considerada. Están relacionadas con el tamaño o cantidad de la sustancia considerada.
Las variables como longitud, volumen y masa son ejemplos de cantidades fundamentales, las cuales son propias de las propiedades extensivas. La mayoría de las otras variables son cantidades deducidas, siendo expresadas como una combinación matemática de las cantidades fundamentales.
Un ejemplo de una cantidad deducida es la densidad: la masa de la sustancia por unidad de volumen. La densidad es un ejemplo de una propiedad intensiva, por lo que puede decirse que las propiedades intensivas, en general, son cantidades deducidas.
Las propiedades intensivas características son las que permiten la identificación de una sustancia por un valor determinado específico de ellas, por ejemplo el punto de ebullición y el calor específico de la sustancia.
Existen propiedades intensivas generales que pueden ser comunes a muchas sustancias, por ejemplo el color. Muchas sustancias pueden compartir un mismo color, por lo que éste no sirve para identificarlas; aunque puede ser parte de un conjunto de características de una sustancia o material.
Características de las propiedades intensivas
Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la masa o el tamaño de una sustancia o material. Cada una de las partes del sistema tiene un mismo valor para cada una de las propiedades intensivas. Además, las propiedades intensivas, por las razones expuestas, no son aditivas.
Si se divide una propiedad extensiva de una sustancia como es la masa entre otra propiedad extensiva de ella como es el volumen, se obtendrá una propiedad intensiva llamada densidad.
La velocidad (x/t) es una propiedad intensiva de la materia, resultante de dividir una propiedad extensiva de la materia como es el espacio recorrido (x) entre otra propiedad extensiva de la materia como es el tiempo (t).
Por lo contrario, si se multiplica una propiedad intensiva de un cuerpo, tal como es la velocidad por la masa del cuerpo (propiedad extensiva), se obtendrá la cantidad de movimiento del cuerpo (mv), la cual es una propiedad extensiva.
La lista de las propiedades intensivas de las sustancias es extensa, entre ellas se tiene: la temperatura, la presión, el volumen específico, la velocidad, el punto de ebullición, el punto de fusión, la viscosidad, la dureza, la concentración, la solubilidad, el olor, el color, el sabor, la conductibilidad, la elasticidad, la tensión superficial, el calor específico, etc.
Ejemplos de propiedades intensivas
La temperatura
Es una magnitud que mide el nivel térmico o calor que un cuerpo posee. Toda sustancia está formada por un agregado de moléculas o átomos dinámicos, es decir, que se mueven y vibran constantemente.
Al hacerlo, producen una cierta cantidad de energía: energía calórica. La sumatoria de las energías calóricas una sustancia se denomina como energía térmica.
La temperatura es una medida de la energía térmica promedio de un cuerpo. Se puede medir la temperatura con base a la propiedad de los cuerpos de dilatarse en función de su cantidad de calor o de energía térmica. Las escalas de temperatura más usadas son: Celsius, Farenheit y Kelvin.
La escala Celsius se divide en 100 grados, el intervalo comprendido por el punto de congelación del agua (0 ºC) y su punto de ebullición (100 ºC).
La escala Farenheit, toma los puntos mencionados como 32 ºF y 212 ºF, respectivamente. Y La escala Kelvin parte del establecimiento la temperatura de -273,15 ºC como el cero absoluto (0 K).
Volumen específico
Se define al volumen específico como el volumen ocupado por una unidad de masa. Es una magnitud inversa a la densidad; por ejemplo, el volumen específico del agua a 20 ºC es 0,001002 m3/kg.
Densidad
Se refiere a cuánto pesa un determinado volumen ocupado por ciertas sustancias; esto es, el cociente m/v. La densidad de un cuerpo se suele expresar en g/cm3.
Los siguientes son ejemplos de las densidades de algunos elementos moléculas o sustancias: -Aire (1,29 x 10-3 g/cm3)
-Aluminio (2,7 g/cm3)
-Benceno (0,879 g/cm3)
-Cobre (8,92 g/cm3)
-Agua (1 g/cm3)
-Oro (19,3 g/cm3)
–Mercurio (13,6 g/cm3).
Nótese que el oro es el más pesado, mientras el aire el más liviano. Esto quiere decir que un cubo de oro es muchísimo más pesado que uno formado hipotéticamente por solo aire.
Calor específico
Se define como la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una unidad de masa en 1 ºC.
El calor específico se obtiene mediante la aplicación de la fórmula siguiente: c = Q/m.Δt. Donde c es calor específico, Q la cantidad de calor, m la masa del cuerpo, y Δt es la variación de la temperatura. Mientras mayor es el calor específico de un material más energía debe suministrarse para calentarlo.
Como ejemplo de valores del calor específico se tienen los siguientes, expresados en J/Kg.ºC y
cal/g.ºC, respectivamente:
-Al 900 y 0,215
-Cu 387 y 0,092
-Fe 448 y 0,107
-H2O 4.184 y 1,00
Como puede deducirse de los valores de calor específicos expuestos, el agua tiene uno de los valores de calor específicos más alto conocidos. Esto se explica por los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua, los cuales tienen un alto contenido energético.
El alto calor específico del agua tiene una importancia vital en la regulación de la temperatura ambiental en la tierra. Sin esta propiedad los veranos y los inviernos tendrían temperaturas más extremas. Esto también tiene importancia en la regulación de la temperatura corporal.
Solubilidad
La solubilidad es una propiedad intensiva que indica la máxima cantidad de un soluto que puede incorporarse a un solvente para formar una solución.
Una sustancia puede disolverse sin reaccionar con el disolvente. La atracción intermolecular o interiónica entre las partículas del soluto puro debe superarse para que se disuelva el soluto. Este proceso requiere energía (endotérmico).
Además, se requiere el suministro de energía para separar las moléculas del disolvente, y así incorporar las moléculas del soluto. Sin embargo, se desprende energía a medida que interactúan las moléculas del soluto con el disolvente, haciendo que el proceso global sea exotérmico.
Este hecho incrementa el desorden de las moléculas del disolvente, lo cual provoca que el proceso de disolución de las moléculas de soluto en el disolvente sea exotérmico.
Los siguientes son ejemplos de la solubilidad de algunos compuestos en agua a 20 ºC, expresados en gramos del soluto/100 gramos de agua:
-NaCl, 36,0
-KCl, 34,0
-NaNO3, 88
-KCl, 7,4
-AgNO3 222,0
-C12H22O11 (sacarosa) 203,9
Aspectos generales
Las sales, en general, aumentan su solubilidad en agua a medida que aumenta la temperatura. Sin embargo, el NaCl apenas incrementa su solubilidad ante un aumento de la temperatura. Por otro lado, el Na2SO4, aumenta su solubilidad en agua hasta llegar a 30 ºC; a partir de esta temperatura disminuye su solubilidad.
Además de la solubilidad de un soluto sólido en el agua, se pueden dar numerosas situaciones para la solubilidad; por ejemplo: solubilidad de un gas en un líquido, de un líquido en un líquido, de un gas en un gas, etc.
Indice de refracción
Es una propiedad intensiva relacionada con el cambio de dirección (refracción) que experimenta un rayo de luz al pasar, por ejemplo del aire al agua. El cambio de dirección del haz de luz se debe a que la velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua.
El índice de refracción se obtiene con la aplicación de la fórmula:
η = c/ν
η representa el índice de refracción, c representa la velocidad de la luz en el vacío y ν es la velocidad de la luz en el medio cuyo índice de refracción se está determinando.
Los Índice de refracción del aire es 1,0002926, y del agua 1,330. Estos valores indican que la velocidad de la luz es mayor en el aire que en el agua.
Punto de ebullición
Es la temperatura a la cual una sustancia cambia de estado, pasando del estado líquido al estado gaseoso. En el caso del agua, el punto de ebullición es alrededor de los 100 ºC.
Punto de fusión
Es la temperatura crítica en la cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido. Si se toma el punto de fusión como igual al punto de congelación, es la temperatura en la cual se inicia el cambio del estado líquido al sólido. En el caso del agua, el punto de fusión se encuentra cercano al 0 ºC.
Color, olor y sabor
Son propiedades intensivas relacionadas con la estimulación que produce una sustancia en los sentidos de la vista, del olfato o en el gusto.
El color de una hoja de un árbol es igual (idealmente) al color de todas las hojas de ese árbol. Asimismo, el olor de una muestra de perfume es igual al olor del frasco entero.
Si se chupa un gajo de una naranja, se experimentará el mismo sabor que el comerse la naranja completa.
Concentración
Es el cociente entre la masa de un soluto de una solución y el volumen de la solución.
C = M/V
C = concentración.
M = masa del soluto
V = volumen de la solución
La concentración suele expresarse de muchas maneras, por ejemplo: g/l, mg/ml, % m/v, % m/m, mol/L, mol/kg de agua, meq/L, etc.
Otras propiedades intensivas
Algunos ejemplos adicionales son: viscosidad, tensión superficial, viscosidad, presión y dureza.
Temas de interés
Referencias
- Lumen Boundless Chemistry. (s.f.). Physical and Chemical Properties of Matter. Recuperado de: courses.lumenlearning.com
- Wikipedia. (2018). Intensive and extensive properties. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Venemedia Comunicaciones. (2018). Definición de Temperatura. Recuperado de: conceptodefinicion.de
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 de junio de 2018). Intensive Property Definition and Examples. Recuperado de: thoughtco.com