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MAPA CONCEPTUAL. ESTRUCTURA DE LA MATERIA.
Jesus Alfredo Viloria Noguera
Created on December 9, 2023
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Transcript
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
La química y su importancia
enlaces químicos
Propiedades de la Materia
la materia
nomenclatura
el átomo
GRAVEDAD ESPECÍFICA
La gravedad específica es la relación entre la densidad de un material y la del agua a 60 grados Fahrenheit o 4 grados Celsius, que es la temperatura a la que el agua es más densa y se considera que tiene un valor de 1.000 g/cm3. Esto hace que la gravedad específica sea una cantidad relativa sin unidades. La prueba de gravedad específica divide la densidad de la sustancia por la densidad del agua para determinar su proporción.
Se expresa como:
Fuente:https://industrialphysics.com/es/base-de-conocimientos/articulos/por-que-usar-la-gravedad-especifica-en-lugar-de-la-densidad-para-las-pruebas-de-liquidos/
¿Qué es la Química?
La química es la ciencia que estudia la composición, estructura y propiedades de la materia, así como los cambios que experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. La definición de química se ha ampliado a lo largo del tiempo, y en 1988, el profesor Raymond Chang la definió como "el estudio de la materia y los cambios que implica". La química es una ciencia que se ocupa de una pequeña parte del universo, es decir, de aquellos procesos en los que se obtienen unas sustancias a partir de otras. La química es importante en muchos aspectos de la vida cotidiana, como la nutrición, la medicina, la energía, la industria, la moda y el arte. La química es esencial para el desarrollo de tecnologías modernas como teléfonos móviles, fuentes de energía renovables y materiales orgánicos. La química también es importante en la creación de nuevos fármacos, vacunas, anestesias, radioterapias y conservantes para alimentos. Además, la química es una ciencia que no solo descubre, sino que también inventa y crea nuevas moléculas, materiales y propiedades inéditas a partir de los elementos que componen la materia
ESTRUCTURA O NOTACIÓN DE LEWIS
Las estructuras de Lewis son útiles para entender cómo se forman los enlaces químicos y la estabilidad de los compuestos. Además, permiten predecir las propiedades de los compuestos, como la polaridad de los enlaces y la carga de los iones Fuentes: https://acortar.link/OV0OkI https://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_de_Lewis
La estructura de Lewis, también conocida como diagrama de punto y raya diagonal, modelo de Lewis, diagrama de valencia, diagrama de Lewis o regla de octeto, es una representación gráfica que muestra los pares de electrones de enlaces entre los átomos de una molécula. En esta fórmula se muestran enlaces químicos dentro de la molécula, y facilita el recuento exacto de electrones y la comprensión de la estabilidad de la materia La estructura de Lewis se utiliza para representar tanto enlaces covalentes como enlaces iónicos. En el caso de enlaces covalentes, los átomos comparten electrones de su capa más externa para unirse, mientras que en el caso de enlaces iónicos, hay una transferencia de electrones de un átomo a otro
LA TEORÍA ATÓMICA
La teoría atómica es una teoría científica que sostiene que la materia está compuesta de unidades discretas llamadas átomos. Esta teoría ha sido fundamental para la química y la bioquímica modernas, y se ha utilizado para interpretar la composición, propiedades, estructura y transformaciones del universo. La teoría atómica moderna fue propuesta por John Dalton alrededor de 1803 y establece que todos los elementos están compuestos por átomos, que a su vez están compuestos por protones, neutrones y electrones. Los átomos individuales son extremadamente pequeños y se necesitarían unos cincuenta millones de átomos seguidos para hacer una línea de 1 cm de largo.Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_at%C3%B3mica https://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_la_teor%C3%ADa_at%C3%B3mica
LA TABLA PERIÓDICA
La tabla periódica es una herramienta fundamental en el estudio de la química, ya que su organización y comprensión permiten explorar y entender el comportamiento y las interacciones de los elementos. La tabla periódica clasifica los elementos químicos conocidos por la humanidad, lo que proporciona información sobre sus propiedades y facilita la comprensión de cómo se comportan y cómo interactúan entre sí. Los elementos están ordenados en forma de tabla según su número atómico (número de protones), su configuración electrónica y sus propiedades químicas. En esta tabla los elementos están organizados en filas y columnas que muestran cierta periodicidad: los elementos que pertenecen a una misma columna tienen propiedades similares. Fuentes:https://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementos https://quo.mx/ciencia-y-tecnologia/porque-es-importante-tabla-periodica/
MODELOS ATÓMICOS
CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS
Los cambios en la materia se dividen en cambios físicos y cambios químicos. Un cambio físico altera la forma de la materia sin modificar su composición, como los cambios de estado (sólido, líquido, gaseoso), color, densidad o magnetismo. Estos cambios suelen ser reversibles y no implican una reacción química. Por otro lado, un cambio químico implica una transformación en la naturaleza de la materia, alterando la distribución y los enlaces de los átomos para formar sustancias diferentes a las iniciales. Estos cambios son generalmente irreversibles y pueden consumir o liberar energía. Los cambios físicos no afectan la composición química de la sustancia, mientras que los cambios químicos implican la formación de nuevas sustancias con propiedades diferentes. Fuente: Editorial Etecé. (2021, Julio 15). Cambio Físico. Enciclopedia Concepto.https://concepto.de/cambio-fisico/
ESTADO DE OXIDACIÓN
El estado de oxidación de un átomo es un indicador del grado de oxidación que presenta al formar parte de un compuesto o especie química. Formalmente, es la carga eléctrica hipotética que el átomo tendría si todos sus enlaces con elementos distintos fueran 100% iónicos. Se representa por números positivos, negativos o cero, y es fundamental para comprender las reacciones redox, donde se produce la transferencia de electrones entre especies químicas. Los estados de oxidación son números asignados a los iones que muestran cuántos electrones ha perdido o ganado el ion en comparación con el elemento en su estado libre. Estos estados son esenciales para determinar qué especie se oxida y cuál se reduce en una reacción química. Fuentes: https://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/estados-oxidacion.html https://www.studysmarter.es/resumenes/quimica/redox/estado-de-oxidacion/
TIPOS DE ENLACES QUÍMICOS
Existen tres tipos de enlace químico conocidos, dependiendo de la naturaleza de los átomos involucrados:
- Enlace covalente. Ocurre entre átomos no metálicos y de cargas electromagnéticas semejantes (por lo general altas), que se unen y comparten algunos pares de electrones de su capa de valencia. Es el tipo de enlace predominante en las moléculas orgánicas y puede ser de tres tipos: simple (A-A), doble (A=A) y triple (A≡A), dependiendo de la cantidad de electrones compartidos.
- Enlace iónico. Consiste en la atracción electrostática entre partículas con cargas eléctricas de signos contrarios llamadas iones (partícula cargada eléctricamente, que puede ser un átomo o molécula que ha perdido o ganado electrones, es decir, que no es neutro).
- Enlace metálico. Se da únicamente entre átomos metálicos de un mismo elemento, que por lo general constituyen estructuras sólidas, sumamente compactas. Es un enlace fuerte, que une los núcleos atómicos entre sí, rodeados de sus electrones como en una nube.
ELECTRONES DE VALENCIA
Los electrones de valencia son los electrones que se encuentran en el nivel de energía más alto de un átomo, y son responsables de la interacción entre átomos de distintas especies o entre los átomos de una misma. La cantidad de electrones de valencia de un elemento se puede determinar por el grupo al que pertenece en la tabla periódica. Por ejemplo, el Litio se ubica en el grupo 1A, por lo que tiene 1 electrón de valencia. Excepto para los grupos 3-12 (los metales de transición), el dígito de las unidades del número de grupo identifica cuántos electrones de valencia se pueden encontrar en un átomo de ese elemento. Los electrones de valencia están disponibles para formar enlaces moleculares o para participar en reacciones químicas. Por ejemplo, el oxígeno tiene seis electrones de valencia, dos en la subcapa 2s y cuatro en la subcapa 2p
Los electrones de valencia son fundamentales para comprender la reactividad de los elementos y su capacidad para formar compuestos químicos. Por ejemplo, al formar iones, los elementos normalmente ganan o pierden el número mínimo de electrones necesario para lograr un octeto de electrones en su nivel de energía más externo, lo que les permite adquirir la configuración electrónica de un gas noble y, por lo tanto, mayor estabilidad Fuentes: https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n_de_valencia https://acortar.link/9tT6Gr
Electronegatividad en los Enlaces Químicos
La electronegatividad es una propiedad periódica, lo que significa que varía en la tabla periódica. Por lo general, aumenta de izquierda a derecha a lo largo de los periodos y de abajo hacia arriba dentro de cada grupo. Los valores de electronegatividad van de 0 a 4 en la escala de Pauling, donde 0 es el valor más bajo y 4 el más alto. Esta escala numérica también se utiliza para predecir el carácter iónico o covalente de un enlace químico Fuentes: https://www.studysmarter.es/resumenes/quimica/enlaces-quimicos/electronegatividad/ https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad2/tiposdeenlaces/electronegatividad
La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí el par de electrones de un enlace químico. Esta propiedad se utiliza para predecir si los enlaces entre diferentes tipos de átomos son polares, apolares o iónicos. Los valores de electronegatividad se pueden usar para predecir el porcentaje de carácter iónico o covalente de un enlace químico. Existen tres tipos de enlaces químicos en función de la electronegatividad: covalente no polar (diferencia de electronegatividad < 0.5), covalente polar (diferencia de electronegatividad entre 0.5 y 2), e iónico (diferencia de electronegatividad > 2)
¿QUÉ ES LA MATERIA?
La materia, desde un punto de vista químico, se refiere al conjunto de elementos constituyentes de la realidad perceptible, es decir, lo que constituye las sustancias a nuestro alrededor y a nosotros mismos. Se entiende como todo aquello que ocupa un lugar determinado en el universo, posee una cantidad determinada de energía y está sujeto a interacciones y cambios en el tiempo, que pueden ser medidos con algún instrumento de medición. La materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa, forma, peso y volumen, por lo tanto, se puede observar y medir. La materia es la sustancia que forma los cuerpos físicos, compuestos por partículas Fuentes:Editorial Etecé (2021, 15 Julio). Materia. Enciclopedia Concepto.https://concepto.de/materia/
¿QUÉ SON LOS ENLACES QUÍMICOS?
Un enlace químico es la fuerza que une a los átomos para formar compuestos químicos. Esta unión le confiere estabilidad al compuesto resultante. La energía necesaria para romper un enlace químico se denomina energía de enlace. En este proceso los átomos ceden o comparten electrones de la capa de valencia (la capa externa de un átomo donde se determina su reactividad o su tendencia a formar enlaces), y se unen constituyendo nuevas sustancias homogéneas (no mezclas), inseparables a través de mecanismos físicos como el filtrado o el tamizado. Es un hecho que los átomos que forman la materia tienden a unirse a través de diversos métodos que equilibran o comparten sus cargas eléctricas naturales para alcanzar condiciones más estables que cuando están separados. Los enlaces químicos constituyen la formación de moléculas orgánicas e inorgánicas y, por tanto, son parte de la base de la existencia de los organismos vivos. De manera semejante, los enlaces químicos pueden romperse bajo ciertas y determinadas condiciones.
Esto puede ocurrir sometiendo los compuestos químicos a altas temperaturas, aplicando electricidad o propiciando reacciones químicas con otros compuestos. Por ejemplo, si aplicamos electricidad al agua es posible separar las uniones químicas entre el hidrógeno y el oxígeno que la conforman, este proceso se denomina electrólisis. Fuente: Editorial Etecé. (2021, 15 Julio). Enlace Químico. Enciclopedia Concepto. https://concepto.de/enlace-quimico/#ixzz8LTCWWbKS
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
El átomo está compuesto principalmente por tres partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. Los protones y los neutrones se ubican en el núcleo del átomo, y los electrones giran en torno a este. Cada partícula subatómica presenta una particularidad sobre su carga: el protón tiene carga positiva, el electrón tiene carga negativa y el neutrón no tiene carga. El núcleo del átomo está formado por protones y neutrones, y los electrones se encuentran en la corteza o nube de electrones orbitando en torno al núcleo. El número de protones en el núcleo determina el número atómico del elemento, y el número de electrones determina las propiedades químicas del átomo.
Fuente:https://www.mheducation.es/bcv/guide/capitulo/8448180488.pdf
NÚMERO ATÓMICO Y NÚMERO MÁSICO
El número atómico y el número másico son dos conceptos relacionados pero distintos en la descripción de los átomos.
- Número atómico (Z): Es el número de protones en el núcleo de un átomo y determina el número de electrones que tiene el átomo. El número atómico es la posición de un elemento en la tabla periódica y es el mismo para todos los isótopos de un elemento dado
- Número másico (A): Es el número total de partículas en el núcleo, es decir, la suma de protones y neutrones. El número másico varía en cada isótopo y se puede calcular con la fórmula: Número másico (A) = número atómico (Z) + número de neutrones (N)
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
La materia se clasifica en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas se dividen en homogéneas y heterogéneas. Los elementos son sustancias puras simples formadas por una sola clase de átomos, y los compuestos son sustancias formadas por la unión de dos o más elementos en proporciones fijas. Las mezclas homogéneas, como las disoluciones, tienen una composición uniforme, mientras que las mezclas heterogéneas, como las suspensiones, tienen una composición no uniforme y pueden separarse físicamente.Fuente: http://www.objetos.unam.mx/quimica/sustanciasPuras/
ISOTOPOS E ISOBAROS
Los isotopos son átomos de un mismo elemento químico que tienen igual número de protones (número atómico) pero diferente número de neutrones y, por tanto, diferente número de masa. Los isótopos poseen propiedades químicas iguales y propiedades físicas diferentes y ocupan el mismo lugar en la tabla periódica. Por otro lado, los isóbaros son núcleos atómicos de diferentes elementos químicos que tienen igual número de masa pero diferente número atómico y diferente número de neutrones. Los isóbaros tienen diferentes propiedades químicas y físicas. Fuentes: https://www.abc.com.py/edicion-impresa/suplementos/escolar/2021/05/04/isotopos-isobaros-e-isotonos/ https://sistemas.fciencias.unam.mx/~fam/Cursos/Cuantica/Clases/Isotopos.pdf
DENSIDAD
La densidad en química se define como la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Se expresa en kilogramos por metro cúbico (kg/m³) o gramos por centímetro cúbico (g/cm³). Esta propiedad es intrínseca a la materia y varía según la presión, la temperatura y los cambios de estado. La densidad es fundamental para comprender la ligereza o pesadez de una sustancia, así como su flotabilidad en relación con otras sustancias. Por ejemplo, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor
Se representa por la letra griega rho (ρ), y su formula es la siguiente; donde; m es la masa de la sustancia y V el volumen de la sustancia.
Fuente:https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/las-propiedades-de-la-materia/densidad.html Editorial Etecé. (2021, 15 Julio). Densidad. Enciclopedia Concepto.https://concepto.de/densidad/
PESO ESPECÍFICO
El peso específico es la relación existente entre el peso y el volumen que ocupa una sustancia en el espacio. Es el peso de cierta cantidad de sustancia dividido el volumen que ocupa.
Se expresa con la letra griega gamma (γ ), y su ecuación es:
Fuente:Editorial Etecé. Peso Específico. (2021, 15 Julio)https://concepto.de/peso-especifico/
NOMENCLATURA
La nomenclatura química incluye la clasificación de los átomos en función de su carga (catión, anión, molécula neutra) y su masa molar. Además, permite asignar nombres a los átomos y moléculas, siguiendo un sistema establecido y estandarizado. Este sistema de nomenclatura es crucial para la comunicación efectiva entre los químicos y permite comparar y contrastar las propiedades de los diferentes compuestos químicos
La nomenclatura en química se refiere a la forma de nombrar y clasificar a los átomos, moléculas y iones en función de sus propiedades y características. La nomenclatura química es fundamental para identificar y caracterizar los compuestos químicos, así como para establecer relaciones entre la estructura y las propiedades de los materiales.
Fuente:Editorial Etecé. (2021, 21 Agosto). Nomenclatura. Enciclopedia Concepto. https://concepto.de/nomenclatura-quimica/
COMPUESTOS QUÍMICOS
Los compuestos químicos pueden ser clasificados en función de su composición, estructura y propiedades físicas y químicas. Algunos tipos de compuestos químicos incluyen:
- Oxoácidos: Compuestos obtenidos por la reacción de un óxido ácido y agua, como el ácido clórico (HCl)
- Sales binarias: Compuestos formados por un hidrácido más un hidróxido, como el cloruro de sodio (NaCl).
- Oxisales: Formados por la reacción de un oxiácido y un hidróxido, como el hipoclorito de sodio (NaOCl)
Los compuestos químicos son sustancias formadas por la unión de dos o más átomos de diferentes elementos de la tabla periódica. Estos compuestos pueden ser clasificados siguiendo varios criterios, como su composición, estructura y propiedades físicas y químicas. Algunos ejemplos de compuestos químicos incluyen:
- Água (H2O): Está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
- Sal (NaCl): Formada por la combinación de sodio (Na) y cloro (Cl)
- Azúcar (C12H22O11): Un compuesto orgánico formado por 12 átomos de carbono, 2 átomos de hidrógeno y 11 átomos de oxígeno
- Vinagre (CH3COOH): Un ácido orgánico formado por un átomo de carbono, 1 átomo de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno
TEMPERATURA
La temperatura en química es una magnitud que mide la energía cinética promedio de las partículas que componen un cuerpo. Es una propiedad intensiva, lo que significa que no depende del tamaño del sistema ni de la cantidad de sustancia. La temperatura se mide en grados Celsius (°C) o en la escala absoluta de Kelvin (K), donde 0 K corresponde al cero absoluto, la temperatura más baja posible, en la cual las partículas tienen energía cinética mínima. La temperatura influye en una variedad de propiedades físicoquímicas de los materiales, como su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), volumen, solubilidad, presión de vapor, color y conductividad eléctrica Fuente:Editorial Etecé. (2022, 13 Junio). Temperatura. Enciclopedia Concepto,https://concepto.de/temperatura/
FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA
- Establecer la fórmula molecular: Basándote en la información obtenida, escribe la fórmula molecular que represente la composición del compuesto químico. La fórmula molecular muestra la cantidad de átomos de cada elemento presente en el compuesto
- Aplicar las reglas de nomenclatura: Utiliza las reglas de nomenclatura, como las proporcionadas por la IUPAC, para asignar un nombre al compuesto químico. Esto incluye la inclusión de prefijos y sufijos para indicar la cantidad de átomos de cada elemento y la determinación de los radicales funcionales
La formulación y nomenclatura de compuestos químicos son aspectos fundamentales para identificar y clasificar las diferentes sustancias. La formulación se refiere a la fórmula química de un compuesto, que indica la cantidad de átomos de cada elemento que lo componen. La nomenclatura, por otro lado, es el sistema de nombres que se asignan a los compuestos químicos de acuerdo con un conjunto de reglas establecidas Existen varios sistemas de nomenclatura en química, como el sistema estequiométrico (IUPAC), que se basa en la cantidad de átomos de cada elemento que forman el compuesto, y la nomenclatura radical-función, que se enfoca en los grupos funcionales y los radicales en los compuestos orgánicos Para formular y nombrar compuestos químicos, es necesario seguir estos pasos:
- Comprender los elementos: Aprender sobre los elementos y sus símbolos, ya que estos serán fundamentales para establecer las fórmulas de los compuestos químicos
- Identificar los átomos: Determinar cuáles son los átomos que componen un compuesto químico y su estado de oxidación
LA QUÍMICA, LAS INGENIERÍAS Y LA INDUSTRIA
La química tiene una estrecha relación con diversas ramas de la ingeniería, como la ingeniería química, la ingeniería industrial, la ingeniería ambiental, la bioingeniería, la ingeniería de alimentos, la ingeniería electroquímica y la ingeniería metalúrgica. Estas disciplinas se benefician de los conocimientos químicos para el desarrollo de nuevos materiales, la producción de sustancias a escala industrial, el control de procesos químicos, la síntesis de productos químicos y la optimización de diversos procesos. La química aplicada a la ingeniería industrial, por ejemplo, permite la elaboración de materiales tecnológicos complejos, la fabricación de materiales para la construcción, la síntesis de productos químicos y la producción y procesamiento de combustibles
La ingeniería es una disciplina y un campo de estudio que consisten en la aplicación de los conocimientos científicos a la solución de los problemas y retos que enfrenta la humanidad, en sus muy distintas áreas. Esto implica tanto el diseño, construcción y desarrollo de herramientas, máquinas e instalaciones, como el manejo de recursos naturales, la producción de materiales sintéticos o la conceptualización de procesos y sistemas. La ingeniería es una disciplina sumamente amplia y que posee una gran cantidad de aplicaciones específicas, a través de las cuales aborda diferentes aspectos y problemáticas de la vida humana.
Algunas de sus ramas son:
- Ingeniería Civil
- Ingeniería Agrícola
- Ingeniería Informática
Fuentes: Editorial Etecé (2021, 05 Agosto). Ingeniería. Enciclopedia Concepto.https://concepto.de/ingenieria/ Cárcamo, S. (2013, 18 Noviembre). La Importancia de la Química en la Ingeniería. Prezi. https://prezi.com/nh7gcbixkvlr/la-importancia-de-la-quimica-en-la-ingenieria/
- Ingeniería Eléctrica
- Ingeniería Industrial
- Ingeniería Mecánica
Mecánica Cuántica / Configuración Electrónica
La configuración electrónica en química se refiere a la distribución de electrones en los distintos niveles de energía (órbitas) o capas electrónicas de un átomo. Esta información es fundamental para comprender las propiedades y comportamientos químicos de los elementos. La configuración electrónica se puede expresar utilizando la notación de números cuánticos y la regla de construcción de orbitales. La capa electrónica más externa se conoce como "capa de valencia" y determina en gran medida el comportamiento químico de un átomo . Para determinar la configuración electrónica de un elemento, se deben calcular cuántos electrones hay que acomodar y luego distribuirlos en los subniveles e ir llenando hasta que todos los electrones estén distribuidos . La configuración electrónica es importante porque determina las propiedades totales de combinación y, por lo tanto, su posición en la tabla periódica de los elementos
La mecánica cuántica es una rama de la física que estudia la naturaleza a escalas espaciales pequeñas, como los sistemas atómicos y subatómicos, y sus interacciones con la radiación electromagnética y otras fuerzas, en términos de cantidades observables. La mecánica cuántica describe el estado instantáneo de un sistema (estado cuántico) con una función de onda que codifica la distribución de probabilidad de las partículas subatómicas. La mecánica cuántica ha sido adoptada como la teoría subyacente a muchos campos de la física, incluyendo la física de la materia condensada, la química cuántica y la física de partículas. La mecánica cuántica es la base de los estudios del átomo, su núcleo y las partículas elementales, pero también en teoría de la información, criptografía y química Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica https://www.areaciencias.com/quimica/configuracion-electronica/
ESTADOS DE LA MATERIA
En química, los estados de la materia se refieren a las diversas formas en que la materia se presenta en el universo, conocidas como estados de agregación. Los estados fundamentales de la materia son el sólido, líquido, gaseoso y plasmático. Sin embargo, en condiciones extremas o controladas, se han identificado otros estados, como el condensado de Bose-Einstein, el condensado de Fermi y el supersólido. Estos estados se definen por la disposición y el comportamiento de las partículas que componen la materia, y están influenciados por factores como la temperatura y la presión
Fuente: Estados de la Materia. (2023, 16 Noviembre). Significados. https://www.significados.com/estados-de-la-materia/