Propiedades físicas y químicas de los materiales y sus usos

Esta lección es parte de Temario de Ciencias de Térraba (Sétimo año) Lección 10 de 19

Por Andrea del Carmen actualizado el 29 de octubre de 2026 12 min de lectura

¿Por qué una olla es de metal pero su agarradera es de madera o de plástico? ¿Por qué las ventanas son de vidrio y no de cartón? ¿Por qué los portones de hierro se pintan? Cada material tiene un conjunto de características, sus propiedades físicas y químicas, y quien diseña una herramienta, un mueble o un puente escoge el material según lo que necesita: que resista golpes, que no se derrita, que no se oxide o que pese poco.

Vas a reconocer aquí las propiedades físicas (dureza, textura, fragilidad, color, puntos de fusión y de ebullición, solubilidad y densidad) y las químicas (oxidación y combustión), a usarlas para escoger materiales y a pensar en cómo esa elección afecta al ambiente.

Definición

El libro de texto abierto Química 2ed (OpenStax) lo explica así: «una propiedad física es una característica de la materia que no está asociada a un cambio en su composición química»: se observa o se mide sin que el material se convierta en otra sustancia. Una propiedad química, en cambio, describe la capacidad de una sustancia de transformarse en otro tipo de materia, como arder o oxidarse.

Propiedades que se observan sin cambiar el material#

El programa del MEP destaca varias propiedades físicas que puedes reconocer con los sentidos o con instrumentos sencillos:

Color y textura: cómo se ve y cómo se siente al tacto una superficie: lisa como un azulejo, áspera como una lija, porosa como una esponja.
Dureza: la resistencia de un material a ser rayado.
Fragilidad: la facilidad con que un material se quiebra en pedazos cuando recibe un golpe, en vez de doblarse o abollarse.
Solubilidad: la capacidad de un material de disolverse en otro. El azúcar de un fresco se disuelve en el agua; la arena no.
Punto de fusión y punto de ebullición: las temperaturas a las que una sustancia pasa de sólido a líquido y de líquido a gas.
Densidad: cuánta masa tiene un material en cada unidad de volumen.

La escala de Mohs: comparar durezas rayando#

Para los minerales se usa la escala de Mohs, que ordena diez minerales de referencia del 1 al 10: talco (1), yeso (2), calcita (3), fluorita (4), apatito (5), ortoclasa (6), cuarzo (7), topacio (8), corindón (9) y diamante (10). Un material raya a los que tienen un número menor. El Servicio de Parques Nacionales estadounidense da referencias caseras: la uña tiene una dureza de 2,5; una moneda de cobre, 3,5; un cuchillo o una placa de vidrio, 5,5, y un clavo de acero, 6,5.

Ejemplo. Una piedra raya una placa de vidrio, pero un clavo de acero la raya a ella. ¿Entre qué valores de la escala de Mohs está su dureza?

Solución. Si raya el vidrio, es más dura que 5,5. Si el clavo la raya, es más blanda que 6,5. Su dureza está entre 5,5 y 6,5; de los minerales de referencia, el que cae en ese intervalo es la ortoclasa (6).

Ojo: duro no significa resistente a los golpes. El vidrio es más duro que el cobre (lo raya), pero es frágil: un golpe lo quiebra, mientras que el cobre se abolla. Por eso dureza y fragilidad son propiedades distintas.

Los puntos de fusión y de ebullición identifican sustancias#

Una sustancia pura se funde y hierve a temperaturas fijas para una presión dada, así que esas temperaturas sirven como una huella para reconocerla. El agua pura, por ejemplo, hierve a 99,974 °C a una atmósfera de presión, según el NIST: por eso se dice que hierve a 100 °C al nivel del mar. La tabla da valores del NIST Chemistry WebBook para otras tres sustancias. El NIST los da en kelvin; para obtener grados Celsius hay que restarles 273,15 (repasa la escala kelvin en la lección de temperatura y sus unidades).

Sustancia	Se funde a	Hierve a (1 atm)	Cuidado
Etanol (alcohol etílico)	159 ± 2 K (−114,15 °C)	351,5 ± 0,2 K (78,35 °C)	Inflamable
Acetona (en algunos quitaesmaltes)	178,7 ± 0,9 K (−94,45 °C)	329,3 ± 0,3 K (56,15 °C)	Inflamable
Naftaleno	353,2 ± 0,7 K (80,05 °C)	490 ± 5 K (216,85 °C)	Tóxico

Los valores son promedios de muchas mediciones, con su margen de incertidumbre. Fíjate en que el etanol y la acetona hierven por debajo del punto de ebullición del agua: por eso se evaporan de la piel más rápido que el agua. Son inflamables, así que nunca se calientan en casa.

Ejemplo. En un laboratorio escolar, un líquido incoloro empieza a hervir a unos 56 °C a la presión del nivel del mar. Con la tabla, ¿qué sustancia podría ser?

Solución. Se compara con los puntos de ebullición en grados Celsius: el etanol hierve a 78,35 °C y la acetona, a 329,3 − 273,15 = 56,15 °C. El líquido podría ser acetona. Para confirmarlo harían falta más pruebas, por ejemplo medir su densidad o su punto de fusión, porque dos sustancias distintas pueden tener puntos de ebullición parecidos.

La parafina de las velas, que es una mezcla, no tiene un punto de fusión único: se va ablandando a lo largo de un intervalo de temperaturas.

La densidad: masa y volumen en una sola cifra#

Fórmula

densidad = masa ÷ volumen

En el laboratorio escolar se usa mucho el g/cm³; en el SI, el kg/m³. Un mililitro equivale a un centímetro cúbico.

La masa y el volumen dependen del tamaño de la muestra, pero la densidad no: un clavo y una varilla del mismo hierro tienen la misma densidad. Por eso la densidad ayuda a identificar materiales. Una referencia útil es el agua: según el NIST, a 25 °C y una atmósfera su densidad es de 997,05 kg/m³, es decir, casi 1 g/cm³. Un objeto macizo menos denso que el agua flota en ella; uno más denso se hunde.

Ejemplo. Un bloque de madera mide 3,0 cm × 5,0 cm × 8,0 cm y tiene una masa de 66 g (datos inventados). ¿Cuál es su densidad? ¿Flota en el agua?

Solución. El volumen es 3,0 cm × 5,0 cm × 8,0 cm = 120 cm³. La densidad es 66 g ÷ 120 cm³ = 0,55 g/cm³. Como 0,55 g/cm³ queda por debajo de la densidad del agua (casi 1 g/cm³), el bloque flota.

Para un objeto de forma irregular, como una piedra, el volumen se mide por desplazamiento: se sumerge en una probeta con agua y se lee cuánto sube el nivel.

Propiedades químicas: oxidación y combustión#

Una propiedad química solo se observa cuando el material cambia y se forma una sustancia nueva. El programa del MEP destaca dos:

Oxidación de los metales. El hierro, en presencia de agua y del oxígeno del aire, forma herrumbre, un material rojizo que se desmorona y que ya no es hierro. Otros metales, como el oro, casi no reaccionan con el aire ni con el agua en esas condiciones. La facilidad para oxidarse es una propiedad química de cada metal.
Combustión. El papel, la madera, el gas de la cocina o el etanol arden: reaccionan con el oxígeno del aire, liberan energía en forma de luz y calor y se convierten en otras sustancias, como dióxido de carbono y agua. Que un material arda con facilidad (su inflamabilidad) es una propiedad química.

Una candela encendida muestra los dos tipos de cambio a la vez. La parafina que se derrite cerca de la mecha sufre un cambio físico: si se enfría, vuelve a ser sólida. La parafina que arde en la llama sufre un cambio químico: se transforma en gases que no vuelven a ser parafina. Cualquier observación con fuego se hace en el colegio o con una persona adulta, lejos de materiales inflamables.

Conocer la oxidación permite proteger los objetos. Si la pintura o una capa de aceite cubren el hierro, el agua y el aire no lo alcanzan con facilidad y la herrumbre tarda mucho más en aparecer. Por eso los portones y las rejas de hierro se pintan y se repintan cuando la pintura se descascara.

Escoger el material según sus propiedades#

La tabla aplica estas ideas a objetos concretos que propone el programa del MEP:

Objeto	Qué propiedad se necesita	Qué conviene revisar
Agarradera de una olla	Que no se caliente tanto como el metal y que no se derrita	Su punto de fusión y que conduzca mal el calor
Ventana	Transparencia y dureza para no rayarse	Su fragilidad: el vidrio se quiebra con un golpe
Portón o cerca	Resistencia y durabilidad a la intemperie	Si es de hierro, protegerlo de la oxidación
Ropero	Que se pueda cortar, clavar y lijar	La dureza de la madera y que venga de un origen legal
Carro de juguete	Poco peso y que no se quiebre al caer	La densidad y la fragilidad del material

Ejemplo. ¿Por qué una cuchara para revolver una olla de agua hirviendo suele ser de madera y no de plástico delgado?

Solución. Porque el agua hirviendo está cerca de 100 °C, y un plástico delgado puede ablandarse o deformarse a esa temperatura, mientras que la madera no se derrite: si se calienta demasiado, termina por quemarse, pero eso pasa a temperaturas mucho mayores. Además, la madera conduce mal el calor, así que el mango no quema la mano.

Materiales y ambiente: biodegradables, biocombustibles y residuos#

Escoger bien un material también significa pensar en qué pasará con él cuando ya no sirva. Un material biodegradable es el que bacterias y hongos logran deshacer en sustancias sencillas; muchos plásticos comunes tardan muchísimo en hacerlo y se acumulan en el ambiente.

Plásticos de un solo uso. La Ley N.º 9786, para combatir la contaminación por plástico, de 2019, prohíbe comercializar y entregar gratis pajillas plásticas de un solo uso, y prohíbe comercializar y regalar bolsas plásticas para acarrear las compras en supermercados y comercios. Se exceptúan las bolsas reutilizables de ciertas medidas fabricadas con al menos 50 % de material reprocesado y las bolsas biodegradables, siempre que estén certificadas de bajo impacto ambiental.
Biocombustibles. El Reglamento de Biocombustibles líquidos y sus mezclas (Decreto Ejecutivo N.º 40050) define los biocombustibles líquidos como carburantes obtenidos a partir de biomasa que son líquidos a la presión y la temperatura ambiente, como el etanol y el biodiésel. Entre las fuentes de biomasa menciona la caña de azúcar, la palma africana, el coyol y la yuca.
Manejo de residuos. El artículo 43 de la Ley N.º 8839, para la Gestión Integral de Residuos, obliga a cada generador de residuos, incluidas las familias, a separar lo que desecha desde el origen y a llevarlo clasificado a un gestor autorizado o al servicio municipal, para que pueda valorizarse.

Las propiedades ayudan a separar: el papel y el cartón se mojan y se rompen, el vidrio es frágil y pesado, una lata de acero, que es sobre todo hierro, es atraída por un imán y una de aluminio no. Separar bien en la casa facilita que cada material vuelva a usarse.

Ponte a prueba#

¿Por qué el vidrio de una ventana es duro pero a la vez frágil?#

Son dos propiedades distintas. La dureza es la resistencia a ser rayado: el vidrio tiene 5,5 en la escala de Mohs, más que la uña o una moneda de cobre, así que no se raya con facilidad. La fragilidad es la facilidad para quebrarse con un golpe: el vidrio no se dobla ni se abolla, sino que se rompe en pedazos. Un material puede ser duro y frágil al mismo tiempo.

¿A cuántos grados Celsius se funde el naftaleno si el NIST da 353,2 K?#

A la temperatura en kelvin se le restan 273,15: 353,2 − 273,15 = 80,05 °C. Como el NIST indica una incertidumbre de ±0,7 K, el resultado tiene el mismo margen: el naftaleno se funde alrededor de 80 °C. Es una sustancia tóxica, así que su punto de fusión se consulta en tablas y no se mide en casa.

¿Qué densidad tiene una piedra de 91 g que hace subir el agua de una probeta 35 mL? ¿Flota o se hunde?#

El agua sube lo mismo que el volumen de la piedra: 35 mL, que equivalen a 35 cm³. La densidad es masa entre volumen: 91 g ÷ 35 cm³ = 2,6 g/cm³. Como es mayor que la del agua, que es casi 1 g/cm³, la piedra se hunde. Los datos del ejercicio son inventados.

¿La oxidación del hierro es una propiedad física o química, y cómo se protege un portón?#

Es una propiedad química, porque al oxidarse el hierro reacciona con el oxígeno del aire y con el agua y se forma una sustancia nueva, la herrumbre, que ya no es hierro. Para proteger un portón se cubre el hierro con pintura, de modo que el aire y el agua no lo alcancen con facilidad, y se repinta cuando la capa se descascara.

¿Qué dice la Ley 9786 sobre las pajillas y las bolsas plásticas?#

La Ley N.º 9786, de 2019, prohíbe comercializar y entregar gratis pajillas plásticas de un solo uso en todo el país. También prohíbe comercializar y regalar bolsas plásticas para llevar las compras en supermercados y comercios, salvo las bolsas reutilizables con al menos 50 % de material reprocesado y las biodegradables, siempre que cuenten con una certificación de bajo impacto ambiental.