En un sentido amplio, las propiedades de la materia son todas aquellas características que permiten identificar, describir, clasificar y entender cómo se comporta la materia en diferentes condiciones y contextos. Estas propiedades pueden ser observadas directamente o determinadas mediante experimentación, y son esenciales tanto para la ciencia como para la vida cotidiana. Las propiedades de la materia abarcan desde aspectos perceptibles a simple vista (como el color, el estado físico o la textura), hasta características medibles (como la masa, el volumen, la temperatura o la densidad). También incluyen comportamientos más complejos que solo se manifiestan bajo ciertas condiciones, como la capacidad de reaccionar químicamente o de conducir electricidad.
Figura 1. La clasificación de las propiedades de la materia siguiendo criterios matemáticos se basa en la capacidad de medir y cuantificar las características físicas de la sustancia. Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de materia presente, como la masa o el volumen, y se suman cuando se combinan sistemas. Por otro lado, las propiedades intensivas no dependen de la cantidad de materia, como la densidad o la temperatura, y se mantienen constantes independientemente del tamaño del sistema. Matemáticamente, las propiedades extensivas son aditivas, mientras que las intensivas no lo son, y pueden ser descritas mediante constantes o ratios.
Cualitativas y cuantitativas
La distinción entre propiedades cualitativas y cuantitativas de la materia, si bien es útil para efectos didácticos y organizativos, no es absoluta ni tajante. Esta diferencia no radica tanto en la naturaleza intrínseca de la propiedad en sí, sino en la posibilidad o imposibilidad de medirla con un instrumento adecuado y expresarla mediante una unidad de medida estandarizada.
En términos simples, una propiedad se considera cualitativa cuando solo puede describirse mediante palabras o percepciones subjetivas, como "caliente", "brillante", "suave" o "ácido". Estas descripciones no tienen, por sí solas, un valor numérico asociado. En cambio, una propiedad se considera cuantitativa cuando se puede expresar mediante un número acompañado de una unidad, como "80 °C", "150 gramos" o "7 en la escala de pH".
Figura 2. Los científicos a menudo nos sentimos como elegidos, capaces de leer la naturaleza mediante ecuaciones que nos permiten dominarla. Esta percepción proviene de siglos de esfuerzo por convertir propiedades cualitativas en cuantitativas. Grandes visionarios como Galileo, Newton y Einstein desvelaron leyes matemáticas que subyacen a la realidad, impulsando descubrimientos que han transformado industrias y la vida cotidiana. Nuestra capacidad para entender y manipular la naturaleza ha permitido avances tecnológicos y mejoras en la calidad de vida. Sin embargo, el desafío es equilibrar este poder con responsabilidad, buscando un mundo más sostenible y beneficioso para todos.
Sin embargo, esta clasificación depende en gran medida del contexto tecnológico y científico disponible. Muchas propiedades que tradicionalmente se percibían como cualitativas han pasado a considerarse cuantitativas gracias al desarrollo de instrumentos de medición y escalas de referencia. Por ejemplo, la acidez de una sustancia se podía identificar antes únicamente por un cambio de color en papel tornasol (una observación cualitativa), pero hoy puede medirse con precisión mediante un potenciómetro, expresándola como un valor numérico en la escala de pH.
Como ya se ha explicado en el capítulo de unidades y medidas, el paso de una apreciación cualitativa a una cuantificación objetiva requiere dos elementos clave: Un instrumento de medición confiable, que permita comparar la propiedad observada con un patrón físico o técnico. Una unidad de medida aceptada, que proporcione un marco común de referencia para expresar el resultado de la medición.
En consecuencia, la frontera entre lo cualitativo y lo cuantitativo no es fija; evoluciona con el avance del conocimiento y la tecnología. Lo que hoy no puede medirse, mañana podría convertirse en una variable numérica más dentro del lenguaje científico. Esta transición, lejos de ser trivial, refleja el poder transformador de la ciencia y su capacidad para convertir lo subjetivo en objetivo, lo impreciso en mensurable, y lo intuitivo en conocimiento sistemático.
Propiedades cuantitativas extensivas
Las propiedades cuantitativas surgen cuando se compara una característica de la materia con un instrumento de medida que posee una escala basada en un patrón estándar (ver capítulo de unidades y medidas). Propiedades como la masa, el tiempo, la longitud, el calor y el ángulo se consideran cuantitativas cuando se miden con instrumentos como una balanza, un cronómetro, una regla, un termómetro o un transportador. Sin embargo, estas mismas propiedades pueden tratarse de forma cualitativa si solo se comparan entre sí sin utilizar un patrón de medición.
Figura 3. Galileo Galilei (1564-1642) fue un científico, astrónomo y matemático italiano, considerado el padre de la ciencia moderna. Nació en Pisa y estudió en la Universidad de Pisa. Galileo hizo importantes contribuciones a la física, la astronomía y la metodología científica. Mejoró el telescopio, lo que le permitió hacer descubrimientos revolucionarios como las lunas de Júpiter, las fases de Venus y las manchas solares, desafiando las teorías geocéntricas de la época. Sus hallazgos promovieron la teoría heliocéntrica de Copérnico. Galileo también formuló principios fundamentales de la cinemática. Enfrentado a la Inquisición, fue condenado por herejía debido a sus ideas, pero su legado como pionero de la ciencia experimental perdura.
Según el Libro Dorado de la IUPAC, una propiedad extensiva es una cantidad física cuya magnitud es aditiva en relación con los subsistemas. Es decir, su valor aumenta proporcionalmente con el tamaño del sistema o la cantidad de materia que contiene.
Por ejemplo, la masa es una propiedad extensiva: cuanto mayor sea la cantidad de sustancia, mayor será la masa. A su vez, la cantidad de sustancia se entiende como el número de partículas (átomos, moléculas, iones, etc.) presentes en el sistema.
Continuidad
Las cantidades discretas son aquellas que varían en incrementos definidos, es decir, a través de saltos discontinuos en función de la cantidad de sustancia. En cambio, las cantidades continuas cambian de forma gradual e infinitesimal, permitiendo variaciones suaves y sin interrupciones.
Sin embargo, muchas veces la apariencia de discontinuidad no es una característica intrínseca de la propiedad, sino una limitación en nuestra capacidad de medir todos los valores posibles. Este problema ha sido discutido desde la antigüedad por filósofos y matemáticos mediante paradojas como la de Aquiles y la tortuga o la paradoja de Sorites, y solo se resolvió formalmente con el desarrollo del cálculo diferencial por Isaac Newton y Gottfried Leibniz.
En química introductoria, por simplicidad, solemos trabajar con cantidades discretas, a las que llamamos variables de estado. Esto evita la necesidad de introducir conceptos matemáticos avanzados como derivadas o tasas de cambio instantáneo al inicio del curso.
Proporcionalidad
Una ley natural puede relacionar dos propiedades extensivas de un sistema de manera directamente proporcional o inversamente proporcional. En una relación directamente proporcional, al aumentar una propiedad, la otra también aumenta. Esta relación puede ser lineal, cuadrática, cúbica, exponencial, entre otras, dependiendo del fenómeno físico o químico involucrado. En una proporcionalidad inversa, ocurre lo contrario: cuando una variable aumenta, la otra disminuye.
En el laboratorio, este tipo de relaciones se estudian mediante la medición experimental, donde se modifica una propiedad llamada variable independiente (que se representa en el eje x del gráfico) y se observa cómo responde otra propiedad, denominada variable dependiente (representada en el eje y). Esta última no es controlada directamente, sino que cambia en función de la variable independiente cuando el sistema alcanza un nuevo equilibrio.3
Figura 4. En los modelos de proporcionalidad directa lineal, la relación entre dos propiedades físicas se expresa mediante la ecuación y=mx+b, donde "m" es la pendiente y "b" la intersección en el eje y. Este modelo describe cómo una propiedad dependiente (y) varía linealmente con respecto a una propiedad independiente (x). Por otro lado, el modelo exponencial cuadrático, representado por y=mx²+b, muestra una relación no lineal donde la propiedad dependiente (y) varía en función del cuadrado de la propiedad independiente (x). En este caso, la variación de y se acelera a medida que x aumenta.
Figura 5. En los modelos de proporcionalidad inversa lineal negativa, la relación entre dos propiedades físicas se expresa mediante la ecuación y=−mx+b, donde "m" es la pendiente y "b" la intersección en el eje y. Este modelo describe cómo la propiedad dependiente (y) disminuye de manera lineal a medida que aumenta la propiedad independiente (x). Por otro lado, el modelo lineal inverso, representado por y=m(1/x)+b, muestra una relación en la que la propiedad dependiente (y) varía inversamente con respecto a la propiedad independiente (x), de manera que a medida que x crece, y disminuye proporcionalmente.
Figura 6. Propiedades extensivas. Las relaciones entre propiedades extensivas y la cantidad de sustancia no son constantes, pero si directamente proporcionales o en algunos casos raros, inversamente proporcionales.
Figura 7. Las propiedades intensivas son constantes. Al graficar una propiedad intensiva con respecto a la masa de sustancia, obtenemos una relación constante sin importar la cantidad de sustancia.
Propiedades intensivas
En las relaciones entre propiedades extensivas, especialmente cuando son lineales, emergen constantes que se mantienen fijas y se conocen como pendientes. Estas constantes, que no varían con la cantidad de sustancia, se consideran intensivas y se llaman constantes de proporcionalidad. Se dividen en dos tipos: Constantes universales o físicas: Independientes del tipo de sustancia, como la constante de Avogadro, que es común a todas las sustancias. Constantes específicas o propias: Características que varían entre sustancias, como la densidad, que es constante para una sustancia (por ejemplo, el agua) pero diferente entre sustancias. Estas constantes se consideran propiedades intensivas porque no dependen de la cantidad de sustancia. Un ejemplo adicional es el punto de ebullición, que es constante para una sustancia bajo ciertas condiciones de presión. La distinción entre propiedades intensivas y extensivas es clave en termodinámica, donde el estado de un sistema se describe con dos propiedades intensivas independientes.
Axiología de las propiedades químicas
La axiología es una rama de la filosofía que estudia los valores y los juicios sobre lo bueno y lo malo, lo conveniente y lo inconveniente. Analiza qué valoramos, por qué lo hacemos y cómo esos valores influyen en nuestro comportamiento, nuestras decisiones y la forma en que interpretamos el mundo.
En química, este enfoque es crucial para entender que una propiedad considerada "mala", como la toxicidad o un olor desagradable, no necesariamente invalida el valor o la utilidad de una sustancia. Un ejemplo claro es el monóxido de carbono. Aunque es ampliamente conocido por su toxicidad, lo que lo convierte en un riesgo grave para la salud humana, esto no significa que carezca de utilidad o relevancia social.
Figura 8. Algunos consideran a Paracelso el "padre" de la toxicología debido a su innovadora comprensión sobre el uso de venenos en la medicina. Fue el primero en reconocer que sustancias venenosas, administradas en dosis controladas y adecuadas, podían tener efectos terapéuticos, lo que contradecía la visión tradicional de que todas las sustancias tóxicas eran dañinas. Paracelso formuló la famosa frase "la dosis hace al veneno", lo que significa que cualquier sustancia, dependiendo de la cantidad, puede ser tanto curativa como peligrosa. Esta visión marcó un hito en la medicina, abriendo la puerta a tratamientos más específicos y basados en la ciencia experimental.
El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insípido, lo que lo hace especialmente peligroso, ya que no da señales perceptibles de su presencia. En concentraciones elevadas, interfiere con el transporte de oxígeno en la sangre al unirse a la hemoglobina, impidiendo que esta cumpla su función vital. Por ello, la exposición prolongada puede causar la muerte por asfixia celular, sin que la persona se percate del peligro.
A causa de esta toxicidad silenciosa, el monóxido de carbono suele ser etiquetado como una "sustancia mala". Sin embargo, este juicio cambia cuando se considera su rol en otros contextos. En la industria siderúrgica, por ejemplo, es fundamental. Durante la producción de acero, el monóxido de carbono se emplea para reducir el mineral de hierro, separándolo de los materiales no metálicos que lo rodean en los altos hornos. Este proceso es esencial para obtener hierro metálico, y sin él, la producción de acero a gran escala sería inviable.
El monóxido de carbono utilizado en esta industria se genera a partir del coque, un producto derivado del carbón o del petróleo, que reacciona con oxígeno a altas temperaturas. La importancia de este proceso es enorme: el consumo de hierro y acero en el mundo es diez veces mayor que el de todos los demás metales combinados, lo que refleja su papel fundamental en la infraestructura, la tecnología y el desarrollo económico.
Así, ¿el monóxido de carbono es "bueno" o "malo"? La respuesta depende del contexto. Como contaminante del aire, es una amenaza seria. Como reactivo en la industria del acero, es indispensable. Esta ambigüedad ética y funcional no es exclusiva de este gas; casi todas las sustancias químicas presentan una dualidad similar. Por ello, la química, desde una perspectiva axiológica, nos invita a ver más allá de los juicios simplistas y considerar las circunstancias y los usos concretos de cada sustancia.
Referencias bibliográficas
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