Propiedades intensivas y extensivas de la materia

Te explicamos qué son las propiedades intensivas y extensivas de la materia, en qué se diferencian entre sí y ejemplos de cada categoría.

¿Cuáles son las propiedades intensivas y extensivas de la materia?

Las propiedades intensivas y extensivas de la materia son todas aquellas magnitudes y características que describen a las sustancias, que se distinguen entre sí dependiendo de si se ven o no afectadas por la cantidad de materia disponible, esto es, por la masa.

Así, se llaman propiedades intensivas a aquellas que no dependen de la cantidad de materia que un cuerpo tiene y que, por lo tanto, no son aditivas. Esto significa que si se divide la materia en fragmentos más pequeños, estos fragmentos conservarán estas mismas propiedades. Por ejemplo, la densidad de un material (qué tan cerca están organizadas sus partículas) no depende del tamaño de la muestra: una barrita de plomo y un grano de plomo tienen siempre la misma densidad.

En cambio, cuando se habla de propiedades extensivas se hace referencia a aquellas que sí dependen de la cantidad de materia que un cuerpo tiene, es decir, que son propiedades aditivas, cuyo valor total depende de la acumulación de los valores parciales de las partes de la materia. Por ejemplo, el peso de un cuerpo dependerá de qué tanta materia se esté pesando, ya que no pesan lo mismo una barrita de plomo que un grano de plomo.

Es importante recordar que toda materia está dotada de propiedades tanto intensivas como extensivas, ya que no son mutuamente excluyentes, simplemente reflejan perspectivas distintas de la materia.

Ver además: Propiedades específicas de la materia

¿Cuáles son las propiedades intensivas de la materia?

Las propiedades intensivas de la materia son aquellas que no varían según la cantidad de materia observada. Pueden clasificarse en dos grupos: propiedades características (que permiten distinguir una sustancia de otra a partir de su valor) y propiedades generales (que son comunes a distintas sustancias).

Las principales propiedades intensivas de la materia son:

• La densidad. Es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa, es decir, qué tan estrecha es la disposición de sus partículas, de modo que en un mismo espacio pueda existir más o menos materia. Esta relación se expresa generalmente en kilogramos por metro cúbico (kg/m³) o gramos por centímetro cúbico (g/cm³). Por ejemplo, una lámina de aluminio tiene una densidad de 2 g/cm³, exactamente la misma que tendría una gruesa barra de aluminio.
• La viscosidad. Es la resistencia a fluir que presentan los líquidos y semisólidos, debido a la fuerza de atracción que ejercen entre sí sus partículas. Esta resistencia depende normalmente de la temperatura a la que esté el fluido (ya que al añadir energía, las partículas pueden desplazarse más), y se expresa generalmente en unidades de fuerza por unidades de segundo, sobre unidades de superficie, por ejemplo, newtons por segundo por metro cuadrado (N.s/m²). Por ejemplo, una gota de aceite para motores tiene una viscosidad a los 20 °C de 0.03 N.s/m², la misma que tendría un litro de la misma sustancia.
• El punto de ebullición. Es la franja de temperatura a la cual un líquido hierve o ebulle, o sea, comienza a convertirse en gas (vapor). Esta propiedad se expresa en grados de temperatura (Celsius, Fahrenheit u otros) y puede variar dependiendo de la presión a la que esté sometida la materia, pero no depende de la cantidad de esta última. Por ejemplo, tanto un litro de agua como una taza de agua hierven ambos a 100 °C, si bien cada uno tardará un tiempo distinto en alcanzar dicha temperatura.
• El punto de fusión. Es la franja de temperatura a la cual un cuerpo sólido se derrite o se funde, es decir, pasa al estado líquido. Esta propiedad se expresa también en grados de temperatura (Celsius, Fahrenheit u otros) y puede variar dependiendo de la presión atmosférica a la que esté sometida la materia, pero no depende de la cantidad de esta última. Por ejemplo, un cubito de hielo y una tonelada de hielo se derriten, a presión estándar, ambos al superar los 0 °C.
• La dureza. Es la resistencia que ejercen los materiales a la alteración física, como la penetración, la abrasión, el rayado, entre otras. Existen diferentes escalas empleadas en la industria para medir la dureza (por ejemplo, la escala de Mohs, que va del 1 al 10), pero siempre es una propiedad inherente a la naturaleza de la materia, o sea, a la disposición de sus partículas. Por ejemplo, el yeso (CaSO₄.2H₂O) tiene una dureza de 2 en la escala de Mohs, que permite rayar su superficie con la uña con relativa dificultad, sin importar si se trata de un kilo de yeso o de una tonelada.
• La solubilidad. Es la capacidad que presenta una sustancia de disolverse en otra específica (un disolvente). No todas las sustancias se disuelven en todos los disolventes, pero esta relación depende de la naturaleza de la materia (su carácter polar o apolar, más específicamente), y no de la cantidad de materia a disolver. Sin embargo, debe existir siempre una relación adecuada entre la cantidad de sustancia a disolver y el disolvente, pues a partir de cierto margen este último ya no puede asimilar más cantidad de materia disuelta. Otros factores que inciden en la solubilidad son la presión y la temperatura. Por ejemplo, una cucharadita de sal puede disolverse en un vaso de agua, del mismo modo que un kilo de sal puede disolverse en una tonelada de agua.
• La conductividad eléctrica. Es la capacidad de una sustancia de permitir el flujo de la energía eléctrica a través de sus partículas, lo cual depende de su estructura atómica y molecular. Los metales, por ejemplo, son buenos conductores de la corriente porque sus átomos tienen electrones móviles en su capa superficial, unidos entre sí con vínculos débiles. La conductividad es lo contrario de la resistencia, y depende de ciertos factores físicos de la materia, como la temperatura. Además, se suele expresar en siemens por metro (S/m). Así, por ejemplo, un metro de plata (Ag) y un kilómetro de plata tienen la misma conductividad eléctrica de 63 x 10⁶ a una temperatura de 20 °C.
• La presión. Es una magnitud física que puede entenderse como la fuerza que actúa por unidad de superficie, expresada en newtons por metro cuadrado (N.m²) unidad también llamada pascal (Pa). Por ejemplo, cuando hablamos de presión atmosférica, nos referimos a la fuerza que ejerce la atmósfera sobre la superficie terrestre (1 atm). Dicha presión puede variar dependiendo de la altitud a la que se encuentre la superficie, pero no depende de la cantidad de materia gaseosa ni de la superficie: una atmósfera presiona por igual a un centímetro de roca que a un kilómetro.
• La temperatura. Es una magnitud física que expresa la cantidad de calor asimilada por un cuerpo, o sea, la cantidad de energía cinética que moviliza sus partículas. Dicha cantidad de energía se expresa en grados (Celsius, Fahrenheit, entre otros) y no depende de la cantidad de materia. Por ejemplo, el agua puede ser calentada a 70 °C independientemente de si se trata de un litro o un vaso.
• La compresibilidad. Es la propiedad de la materia de disminuir su volumen cuando se halla sometida a una presión o compresión determinadas, sin variar el resto de sus propiedades. La compresibilidad se expresa también en pascales, igual que la presión, y no depende de la cantidad de materia, sino de la naturaleza de la sustancia y del estado físico que tiene: líquidos y gases pueden ser comprimidos, mientras que los sólidos son muy difíciles de comprimir. Por ejemplo, el agua tiene una compresibilidad de 45,8 pascales, independientemente de si se trata de un litro o de una piscina entera.

¿Cuáles son las propiedades extensivas de la materia?

Las propiedades extensivas de la materia son aquellas que varían dependiendo de la cantidad de materia observada. Son propiedades aditivas, es decir, se pueden sumar sus valores conforme se acumula la materia: el peso total de una barra de bronce aumenta si se le suma otra barra idéntica. Asimismo, de la división de una propiedad extensiva y otra se obtiene normalmente una propiedad intensiva: por ejemplo, al dividir la masa y el volumen se obtiene la densidad.

Las principales propiedades extensivas de la materia son:

• El peso (P). Es la relación de la fuerza de la gravedad que actúa sobre un objeto, o lo que es igual, la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, por la acción de un campo gravitatorio sobre la masa del objeto. Esto significa que depende de la fuerza gravitacional y de la cantidad de materia (o sea, la masa). Además, como todas las fuerzas, el peso se representa como un vector y se expresa en newtons (N) o también en kilogramos-fuerza (kgf). Así, por ejemplo, si sumamos dos kilogramos de plomo, estaremos aumentando la cantidad de materia y también el peso resultante.
• La longitud (L). Es una magnitud fundamental, que indica la distancia entre un punto y otro de una superficie o un objeto y lo expresa normalmente en metros (m), kilómetros (km) o centímetros (cm). Se trata de una dimensión lineal, que varía de acuerdo a la cantidad de materia observada: mientras más materia o más superficie, más grande será la longitud medida. Así, por ejemplo, un metro de terreno y un kilómetro de terreno son dos medidas distintas de longitud que expresan cantidades distintas de superficie.
• El volumen (V). Es una magnitud escalar y tridimensional, que expresa la cantidad de espacio que un cuerpo ocupa. Para ello emplea la unidad del metro cúbico (m³) o del litro (l), este último para los líquidos. Así, 1 litro equivale a 0,001 metros cúbicos. Existen, sin embargo, otras unidades de volumen de uso común. De cualquier modo, el volumen depende de las proporciones del cuerpo, o sea, de su cantidad de materia. Por ejemplo, un litro de agua representa un volumen determinado que se duplicará si añadimos otro litro y se triplicará si añadimos otro más.
• La masa (M). Es una propiedad general de la materia, intrínseca de los cuerpos, que hace referencia a la cantidad de materia de un cuerpo, medida por la inercia que presenta, es decir, la resistencia al desplazamiento o al movimiento. Expresada normalmente en kilogramos, la masa de un cuerpo refleja directamente la cantidad de materia que lo integra, de modo que mientras más masivo sea, más materia tendrá. Por ejemplo, la masa del planeta Tierra es de 5.972 x 10²⁴ kg, mientras que la de la Luna es de 7,349 x 10²² kg, lo cual quiere decir que la Tierra es más masiva, o sea, contiene más materia.
• La fuerza (F). Es una magnitud vectorial que expresa el empuje necesario para variar el movimiento de un cuerpo (moverlo, acelerarlo, enlentecerlo, etcétera) o para deformarlo. Expresado en newtons (N), es un concepto fundamental de la física, cuyos efectos sobre un cuerpo dependen en gran medida de la cantidad de materia de este. Así, para acelerar en 1 m/s un objeto de 1 kg de masa se requiere de una fuerza de 1 N, de modo que al aumentar la masa del objeto (a 100 kg, por ejemplo), se requerirá de un aumento proporcional en la fuerza.

Sigue con: Propiedades de los fluidos

Referencias

• “Propiedades intensivas y extensivas” en Wikipedia.
• “Propiedades intensivas y extensivas” en el Ministerio de Educación de Argentina.
• “Propiedades de la materia” en la Universidad Tecnológica de Chile.
• “Extensive vs Intensive properties of Matter” (video) en Chem Academy.