¿Qué son y en qué se diferencian las propiedades intensivas y extensivas de la materia?

En el estudio de la física y la química, la caracterización de los sistemas materiales se realiza a través de magnitudes que se clasifican principalmente en dos grandes categorías según su comportamiento frente a la cantidad de materia analizada. A continuación, se detallan las definiciones, diferencias, ejemplos y formulaciones matemáticas que rigen estas propiedades.

¿Cómo se definen las propiedades extensivas y cuáles son sus características principales?

Las propiedades extensivas son aquellas magnitudes cuyo valor depende directamente de la cantidad de materia que posee un cuerpo o sistema. Se caracterizan por ser propiedades aditivas, lo que significa que el valor total de una propiedad extensiva en un sistema compuesto es igual a la suma de los valores de dicha propiedad en cada uno de los subsistemas independientes que lo conforman. Ejemplos clásicos de estas magnitudes incluyen la masa, el peso, la longitud, la fuerza, el volumen y la capacidad.

¿Qué diferencia fundamental existe con las propiedades intensivas?

A diferencia de las extensivas, las propiedades intensivas son aquellas cuyo valor no depende de la masa ni del tamaño del sistema que se describe. No son aditivas y su valor permanece constante sin importar si se analiza una pequeña porción de la sustancia o una gran cantidad de ella. Por ejemplo, si se toma un litro de agua a una atmósfera de presión, su punto de ebullición es de 100 °C; si se añade otro litro, el sistema resultante tendrá exactamente el mismo punto de ebullición, ilustrando la independencia de la masa.

¿Cuáles son los ejemplos más representativos de cada tipo de propiedad?

Dentro de las propiedades intensivas se encuentran la temperatura, la presión, la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, la dureza, la solubilidad y la conductividad eléctrica. Estas permiten caracterizar e identificar a las sustancias puras. Por su parte, las propiedades extensivas agrupan a magnitudes como el volumen, la masa, la cantidad de sustancia y la energía interna, las cuales describen el tamaño global del sistema físico.

¿Cómo se pueden transformar magnitudes extensivas en intensivas?

Muchas magnitudes extensivas, tales como el volumen o la cantidad de calor, pueden convertirse en propiedades intensivas al dividirlas entre una magnitud extensiva de referencia como la masa, el volumen total o la cantidad de sustancia de la muestra. De esta manera se obtienen valores específicos o molares, como el volumen específico, el calor específico, el volumen molar o el peso específico.

¿Cómo se expresan matemáticamente las funciones homogéneas de las magnitudes extensivas?

Desde el punto de vista termodinámico, si se considera una función que depende de magnitudes intensivas y extensivas, las magnitudes extensivas se comportan como funciones homogéneas de grado 1 respecto al cambio de escala. Esto significa que al multiplicar las variables extensivas por un factor real, el valor de la función se multiplica exactamente por ese mismo factor, cumpliendo con las relaciones derivadas del teorema de Euler para funciones homogéneas.

Sources & Further Reading

• Soriano, Esperanza; González Dávila, Alejandra. Ciencias 3. Química. 1.ª edición. Santillana, 2015, pp. 36-43.
• Zemansky, M. W.; Dittman, R. H. Calor y Termodinámica. McGraw-Hill, 1996.