SISTEMA

Al estudiar un proceso, ya sea físico o químico, es necesario acotarlo en el espacio.

El sistema es una parte o porción del universo que es separada arbitrariamente del resto (medio, entono o ambiente) mediante límites definidos para hacerla objeto de alguna investigación (objeto de estudio).El conjunto de partes o elementos constituyentes de un sistema deben estar organizadas y relacionadas (interactúan entre sí) para lograr un objetivo o propósito.

P.ej. una galaxia, un batolito, una falla, una colada, un volcán, una asociación de cristales, una porción de un cristal. Los petrólogos se refieren por ej. al sistema albita-anortita, en este sentido, significa todos los sistemas termodinámicos posibles, compuestos por mezclas de albita y anortita.

Los sistemas reciben (entrada) datos, energía o materia del ambiente y proveen (salida) información, energía o materia.

Un sistema puede ser: Físico o concreto (una computadora, un televisor, un humano) o puede ser Abstracto o conceptual (un software).

Cada sistema existe dentro de otro más grande, por lo tanto un sistema puede estar formado por subsistemas y partes, y a la vez puede ser parte de un supersistema.

Los sistemas tienen límites o fronteras que los diferencian del ambiente. Ese límite puede ser físico (el gabinete de una computadora) o conceptual. Si hay algún intercambio entre el sistema y el ambiente a través de ese límite, el sistema es abierto (sistema abierto), de lo contrario, el sistema es cerrado (sistema cerrado).

El ambiente también puede ser una amenaza para el sistema.

Las partes del sistema: Un sistema está compuesto por componentes y fases.

a) COMPONENTE, son los elementos o partes de un sistema.b) FASE: Es una parte homogénea del sistema (físicamente homogéneas) en todas sus propiedades y mecánicamente separable del resto del sistema. Fase pura: 1 sustancia.Fase mixta: 2 o más sustancias.

INTERFASE: es el medio que separa dos fases.

SISTEMAS MATERIALES Son porciones de la naturaleza material que separamos para estudiar.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:

1-DEPENDIENDO DE SU CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CON EL ENTORNO.      1.1- SISTEMAS ABIERTOS. (Aquellos que pueden intercambiar energía y materia con el exterior.)      1.2- SISTEMAS CERRADOS. (Aquellos que pueden intercambiar energía con el exterior pero no materia)      1.3- SISTEMAS AISLADOS. (Aquellos que no intercambian ni energía ni materia.)

2- SEGÚN EL NÚMERO DE FASES. Una fase es la parte del sistema con idénticas propiedades.

      2.1- SISTEMA HETEROGÉNEO. (Con composición variable y mínimo 2 fases).No son uniformes, presentan una estructura y una composición diferente en distintos puntos. Esto provoca que se observen que tengan 2 o más fases. Ej. El aceite y el agua (no se mezclan, se muestran separados entre sí, se notan 2 sistemas homogéneos aunque presenten el mismo estado (en este caso el líquido) y se denominan FASES a cada uno de estos sistemas. Cada fase puede presentar cualquiera de los tres estados de la materia.

      2.2- SISTEMA HOMOGÉNEO. (Compuesto por una sola fase, y puede estar constituido por diferente composición). Presentan a simple vista una sola fase que puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso. Ejemplo: el Agua salada.

3.-POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN: SOLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO4.-POR SU DIVERSIDAD O COMPOSICIÓN: SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS

                 

SISTEMA QUÍMICO

Un sistema químico consiste en cualquier combinación de componentes químicos bajo observación. Una disolución de sal en agua, por ejemplo: es un sistema químico en el que los componentes son la sal y el agua.

PARTES DE UN SISTEMA:

1. Medio Externo: Es todo aquello que rodea el sistema.

2. Pared del Sistema: Es el medio material que separa el medio externo y el sistema propiamente

dicho.

3. Fase: Es toda materia (masa) homogénea, por lo tanto las sustancias puras y mezclas

homogéneas, cada una constituyen una sola fase.

4. Interfase: Es el medio que separa dos fases.

5. Componente: Es el tipo de sustancia química (simple o compuesta) presente en el sistema.

Ejemplos:

1) Mezcla de agua y hielo

> Tiene dos fases: H2O(liq)  H2O(solido), sistema difásico

> Tiene solo un componente: H2O, sistema unitario

 2) Mezcla de agua, hielo seco y vapor

> Tres fases: Agua, CO2 y vapor,

> Tiene Dos componentes: H2O y CO2,

Sistema binario trifásico.Ejemplo: Mezcla de agua y cubitos de hielo Componentes: 1(unitario) H20 ;

Fases: 2 (bifásico), H20 líquida y H20 sólida;Constituyentes: 2, Hidrógeno y Oxígeno Sistema unitario bifásico.

Un sistema se identifica de acuerdo al número de componentes y el número de fases.

Para separar diferentes fases de un sistema heterogéneo, se emplean diferentes métodos, como: a) Tamización; b) levigación; c) flotación; d) filtración; f) decantación; g) centrifugación; h) disolución; i) sublimación.

Si tenemos un sistema homogéneo (agua salada) y debemos separar el agua de la sal, decimos que la fase debe ser fraccionada; y los métodos más importantes para hacerlo son: a) Destilación simple y/o fraccionada; b) cristalización y c) cromatografía.

La cantidad de fases y componentes es variada e independiente, es decir un sistema puede tener tres fases y un solo componente como ocurre con el agua que puede estar en el mismo sistema en los tres estados o puede tener tres componentes y una sola fase como ocurre en una mezcla de sal agua y azúcar.

LOS SISTEMAS DISPERSOS -DISPERSIONES MEZCLA

Dispersión: Acción y efecto de dispersar.Dispersar: Separar, dividir y repartir, distribuir, diseminar, desparramar lo que estaba o solía estar reunido o amontonado.Se llama al sistema que está formada por agrupación de dos o más sustancias puras diferentes, unidas físicamente (mezcladas), formando una porción de materia en la que no se produzca reacción química. Pueden separarse por métodos físicos. Sus componentes conservan sus propiedades. A La partículas de una o más sustancias dispersas en el interior de otra se denominan componentes dispersos, fase dispersa o discontinuos, y la sustancia en que se dispersan es el componente dispersor, fase dispersante o continuo. Las propiedades de los sistemas dispersos resultan de la

combinación de las propiedades de las sustancias componentes por un lado, y del tamaño de las partículas de él o los componentes discontinuos por otro.

A diferencia de los compuestos, una mezcla está formada por la unión de sustancias en cantidades variables y que no se encuentran químicamente combinadas. Por lo tanto, una mezcla no tiene un conjunto de propiedades únicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades específicas.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DISPERSOS

Existen diferentes criterios para clasificar las dispersiones.

Según el tamaño de las partículas dispersas o fase dispersa.

Los sistemas dispersos se clasifican en Mezclas, Coloides y Soluciones.1. Suspensiones. También se denominan Dispersiones Gruesas porque en ellas es posible identificar cada componente individual de la dispersión. Por tal motivo, tienen propiedades diferentes en distintos puntos de su extensión, y se dice que son sistemas heterogéneos.En las mezclas, las partículas dispersas son visibles a simple vista o al microscopio, porque estánconstituidas por agregados de un gran número de moléculas. Presentan opacidad o turbidezporque las partículas obstruyen el paso de la luz. El diámetro de las partículas dispersas es mayorde 2 um1. Debido al gran tamaño de las partículas dispersas, los componentes de las mezclasse pueden separarse por filtración simple y no atraviesan membranas semipermeables. Además,son inestables porque sedimentan fácilmente. Ejemplos de mezclas son la arena o arcillasuspendidas en agua y el aceite en agua.

2. Coloides. En estas dispersiones, los componentes individuales no se pueden identificar con facilidad pero las propiedades siguen siendo diferentes en distintos puntos de su extensión, y comosistemas siguen siendo heterogéneos.Las partículas coloidales son invisibles a simple vista y al microscopio normal, pero visibles en elultramicroscopio, están constituidas por agregados de un número pequeño de moléculas, inclusopueden ser macromoléculas individuales. Algunos coloides presentan opalescencia porque laspartículas son muy pequeñas para detener la luz, pero lo bastante grandes para dispersarla. Ladispersión de la luz se manifiesta en el fenómeno de Tyndall2. El diámetro de las partículas dispersas es menor de 2 um pero mayor de 1 nm3. Sus componentes no pueden separarse por métodos de filtración ordinarios, sólo con ultracentrifugación a velocidades de 1x104 a 1x105

r.p.m. Las partículas coloidales presentan movimiento Browniano4, provocado por el choquecon las moléculas del componente dispersor. El área de superficie de la interfase entre el componente disperso y el dispersor es muy grande. Las membranas semipermeables retienen laspartículas del componente disperso. Entre los coloides de interés están las proteínas de la sangre ylas del citoplasma.

3. Soluciones. En las soluciones no es posible identificar los componentes individuales, las partículas del componente disperso se encuentran uniformemente distribuidas por todo el volumen del componente dispersor, o sea son sistemas homogéneos, con las mismas propiedades en toda su extensión.En una solución, las partículas dispersas son invisibles a simple vista, al microscopio y aún al ultramicroscopio, ya que son partículas de dimensiones moleculares o atómicas con diámetro menor de 1 nm.Las soluciones no presentan opalescencia porque las partículas disueltas no dispersan la luz perosi pueden absorberla y tener color. Los componentes no pueden separarse por filtración ni ultracentrifugación.Las partículas dispersas no pueden detectarse por métodos ópticos y atraviesan las membranas permeables. Son ejemplos de soluciones la solución salina fisiológica, glucosa, urea, aminoácidos de la sangre y leche.El agua potable es una mezcla homogénea de agua (fase dispersante) y varias sales minerales (fase dispersa). Sin embargo, no vemos las sales que están disueltas; sólo observamos la fase líquida.

NOTA: Los sistemas dispersos están muy relacionados con la nutrición, la digestión y las sensaciones de nuestro organismo; por eso es de gran importancia el estudio de ellos, ya que la gran mayoría de las reacciones químicas que ocurren en él se verifican entre sustancias en disolución.

Ejemplos de sistemas dispersos que se encuentran en nuestro entorno: Aire Agua de mares y lagos Leche Mantequilla Queso Productos de limpieza Medicamentos Líquidos corporales (sangre, jugos digestivos, saliva, orina, etc.) Muebles de latón

Características de las Soluciones:El soluto disuelto tiene tamaño molecular o iónico.Cuando son líquidas son transparentes y no dispersan la luz.El soluto permanece distribuido uniformemente en la solución y no se sedimenta con el tiempo.Los medios físicos por los cuales se pueden separar sus componentes son generalmente destilación y evaporación.Las soluciones se clasifican dependiendo del estado físico de las sustancias que las van a formar.La solución tiene el estado físico o de agregación del solvente.Las soluciones más comunes son acuosas.Ejemplos de Soluciones:Ejemplo: Aire (O2 en N2) Solvente: GasSoluto: GasSolución: Gas

Ejemplo: Refresco (Co2 en Agua)Solvente: LíquidoSoluto: GasSolución: Líquido

Ejemplo: Acero (Carbono en Hierro)Solvente: SólidoSoluto: SólidoSolución: SólidoToda la materia consiste de una sustancia pura o una mezcla de dos o más sustancias. Los coloides son mezclas compuestas de partículas dispersas en otra sustancia. Las partículas son más grandes que los átomos y las moléculas, pero más pequeñas que los elementos visibles al ojo desnudo. Los químicos clasifican un coloide de acuerdo con el estado físico de sus componentes, la naturaleza de la interacción entre ellos y la naturaleza de las partículas dispersas.

FASES COLOIDALESLos sistemas coloidales contienen dos fases: la fase dispersa y el medio de dispersión. La fase dispersa es la sustancia presente en la cantidad más pequeña. Se compone de partículas que miden de uno a 100 nanómetros. El medio de dispersión es la sustancia en la que las partículas están dispersadas. Cada una de las dos fases puede ser un sólido, un líquido o un gas. Las partículas dentro de un sistema coloidal disperso permanecen inalteradas y no se sedimentan o separan del medio de dispersión.Estado físicoLos coloides son típicamente clasificados de acuerdo con los estados físicos de sus fases constituyentes. Aerosoles, espumas, emulsiones, soles y geles son tipos de coloides. Los aerosoles son pequeñas gotas de líquido o partículas sólidas dispersas en un medio gaseoso. La niebla y el humo son aerosoles. Cuando un gas se dispersa en un medio líquido o sólido, el coloide se llama

espuma. La crema batida es una espuma compuesta por aire dispersado en crema. Una emulsión, tal como mayonesa, se compone de un líquido disperso en otro líquido. Un sol resulta cuando un sólido se dispersa en un líquido u otro sólido. Las pinturas y los fluidos celulares son soles. Los geles, tales como la jalea y el queso, consisten en líquidos dispersos en un medio sólido.Fase de interacciónLos sistemas coloidales también se clasifican de acuerdo con el tipo de interacción que existe entre la fase dispersa y el medio de dispersión. Cuando la fase dispersa y el medio de dispersión se atraen entre sí, el coloide se clasifica como liófilo. Las fuerzas de atracción entre los dos hacen el coloide estable. Si la fase dispersa se separa del medio de dispersión a través de un proceso tal como la evaporación, el coloide puede ser recreado simplemente añadiendo más medio de dispersión. Por consiguiente, los coloides liófilos son reversibles. La gelatina y el almidón ejemplifican sistemas coloidales liófilos. Los componentes de los sistemas coloidales liófobos no son atraídos el uno al otro. Cuando se mezclan, no pasan directamente en un estado coloidal y, en consecuencia, su preparación requiere métodos especiales. Debido a que estos coloides son inestables, requieren agentes estabilizantes para permanecer como coloides. Una vez separados, el coloide no puede ser devuelto a su forma coloidal a través de la adición de más medio de dispersión, por lo que los coloides liófobos son irreversibles.Naturaleza de las partículasAlgunos químicos clasifican a los coloides basados en la naturaleza de sus partículas. Los coloides multimoleculares contienen agregados de átomos o moléculas unidas por débiles fuerzas atractivas, llamadas fuerzas de van der Waals. Los coloides multimoleculares son liófobos. Las partículas coloidales macromoleculares son moléculas gigantes compuestos de muchas moléculas pequeñas unidas por enlaces covalentes. Los coloides macromoleculares son liófilos. La asociación de partículas coloidales, llamadas micelas, tiene dos partes en su estructura molecular, una parte liófila y una parte liófoba. Los detergentes y jabones forman coloides de asociación.

Mezclas heterogéneas:Son aquellas cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista, apreciándose más de una fase física.Ejemplo: Agua con piedra, agua con aceite.Característica de la mezcla: 2 fases (difásico)2 componentes (agua y aceite)Sistema binario (existen 2 componentes)

Las mezclas heterogéneas se pueden agrupar en: emulsiones, suspensiones y coloides.Emulsiones: Conformada por 2 fases líquidas inmiscibles. El diámetro de las partículas de la fase dispersa es aproximadamente ≤ 0.005 mm.Ejemplo: agua y aceite, leche, mayonesa.

Suspensiones: Conformada por una fase sólida insoluble en la fase dispersante líquida, por lo cual tiene un aspecto opaco. Las partículas dispersas son relativamente grandes.Ejemplo: Arcilla, tinta china (negro de humo y agua), pinturas al agua, cemento.

Coloides o soles: Es un sistema heterogéneo en donde el sistema disperso puede ser observado a través de un ultramicroscopio, el tamaño de las partículas del sistema disperso está entre 10 y 1000 Aº.Clasificación: Según su afinidad electrónica.

Según la afinidad de las partículas coloidales por la fase dispersante se denominan: Liofilos si tienen afinidad yLiofobos si no la tienen. Cuando el medio dispersante es el agua se llaman Hidrófilos o Hidrófobos respectivamente.La fase dispersa está constituida por partículas llamadas micelas, las cuales se hallan en continuo movimiento, siguiendo trayectorias de zig-zag, a este fenómeno se le denomina Movimiento Browniano.Una propiedad óptica de los coloides consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de una disolución coloidal (Efecto Tyndall). Esto no ocurre si el rayo de luz atraviesa una solución verdadera.

SOLUCIONES O DISOLUCIONES QUÍMICASSon mezclas homogéneas (una fase) que contienen dos o más tipos de sustancias denominadas soluto y solvente; que se mezclan en proporciones variables; sin cambio alguno en su composición, es decir no existe reacción química.El agua de mar es una solución de diversas sales en agua, el aire limpio y puro es una solución de nitrógeno, oxígeno y otros gases. Muchos de los líquidos que se beben son soluciones. En nuestro organismo, también encontramos soluciones como el suero sanguíneo, la orina, la sangre, las secreciones, entre otras.

Soluto + Solvente → Solución

Soluto: Es la sustancia que se disuelve o solubiliza, se le llama fase dispersa y siempre se encuentra

en menor proporción, ya sea en masa o volumen. En una solución pueden haber varios solutos. A la naturaleza del soluto se deben el color, el olor, el sabor y la conductividad eléctrica de las

disoluciones. El soluto da el nombre a la solución.

Solvente (o disolvente): Es la sustancia que disuelve, solubiliza o dispersa al soluto;por lo que se llama fase

dispersante y generalmente se encuentra en mayor proporción.

Existen solventes polares (agua, alcohol etílico y amoníaco) y no polares (benceno, éter, tetracloruro de carbono).

En las soluciones líquidas se toma como solvente universal al agua debido a su alta polaridad. El solvente da el aspecto físico de la solución.

Las soluciones son las mezclas homogéneas, es decir sistemas formados por dos o más componentes pero que presentan una sola fase, ya que las partículas de la fase disuelta son más pequeñas de lo que puede observar cualquier microscopio (< 0,1 nm). Por esto son claras y transparentes, no decantan ni filtran y sólo se pueden separar por alguno de los métodos de fraccionamiento. El componente que determina el estado de la solución o que se encuentra en mayor proporción es el solvente, y el de menor proporción es el soluto. Una solución puede tener un solvente y varios solutos o también varios solventes. Son soluciones naturales por ej. el agua mineral, el agua de mar, el aire, el azúcar en la sangre, algunos derivados del petróleo, etc.

De acuerdo con el estado de agregación de sus componentes, las soluciones se clasifican: 

SolutoSolvente↓

SÓLIDA LÍQUIDA GASEOSA

SÓLIDO BRONCE SAL HÚMEDA ADSORCIONES

LÍQUIDO AGUA MINERAL VINAGRE OXÍGENO EN AGUA

GAS AROMAS HUMEDAD EN AIRE AIRE

El bronce, como todas las aleaciones metálicas, es una disolución de dos metales o más (en este caso estaño y cobre) que se unen tan profundamente que adquieren propiedades especiales sin que pueda considerarse un fenómeno químico.Las adsorciones son sistemas muy particulares en los que las moléculas de un gas quedan atrapadas en la superficie de las partículas de un sólido. Así atrapan a los gases tóxicos los componentes activos de una máscara antigases por ejemplo.La gran mayoría de los aromas de flores, frutos y también los desagradables, se deben a moléculas de sustancias sólidas que se dispersan en el aire y así llegan a nuestro membrana olfatoria.Los coloides son sistemas heterogéneos, en el límite con lo homogéneo, es decir las partículas de la fase dispersa (generalmente sólidas dispersas en un líquido), llamadas micelas, son tan pequeñas (< 1 µm) que sólo se ven con un buen microscopio. Sin embargo a diferencia de otras mezclas heterogéneas, los coloides no decantan y presentan el Efecto Tyndall, que consiste en dispersar un haz de luz que los atraviesa, cosa que no hacen las soluciones. Son coloides por ejemplo los geles y gelatinas, la yema del huevo, las proteínas de la leche, etc.Las emulsiones son sistemas heterogéneos formados por la mezcla íntima de dos líquidos insolubles. Esto se logra generalmente mediante la acción de un agente emulsionante. Son emulsiones por ejemplo muchas cremas usadas en cosmética, la grasa de la leche, la mayonesa, etc.Las suspensiones son mezclas que tienen una fase de partículas finamente divididas pero visibles (>1 µm) en un estado de agregación y otra fase continua en otro estado de agregación. Por ejemplo: el agua turbia de un río (sólido en líquido), la neblina (líquido en un gas), la espuma (gas en un líquido), el humo (sólido en un gas), etc.Como dispersiones se suele considerar a todos los sistemas heterogéneos en los que las fases estén mezcladas, pero más en particular a las mezclas de dos sólidos con partículas fácilmente observables, como por ejemplo, la tierra, la arcilla, la arena, etc.La combinación de dos elementos o sustancias para formar otra, así como la descomposición de una sustancia compuesta en otras más sencilla son fenómenos químicos; la separación de fases, el fraccionamiento, así como la mezcla o disolución son en cambio fenómenos físicos, ya que las sustancias mezcladas siguen conservando sus particularidades.También se pueden clasificar los sistemas heterogéneos o dispersiones por el estado de agregación de la fase dispersa, (la que se encuentra en menor proporción) y de la fase dispersante, (la que está en mayor cantidad).

Fase DispersaFase Dispersante↓

SÓLIDA LÍQUIDA GASEOSA

SÓLIDO HARINA BARRO PIEDRA POMES

LÍQUIDO PINTURA CREMA GASEOSAS

GASHUMO NIEBLA

NO (Todos los gases son solubles)

LA MATERIA.Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. Bajo esta definición queda incluido cuerpo como aquella cantidad limitada de materia.Sustancia: Es toda aquella materia que tiene ciertas propiedades específicas, tanto físicas como químicas.De la definición de sustancia surgen dos tipos de esta. Las simples y las compuestas.Sustancias Simples: Son las que están formadas por un solo tipo de elemento. Por ejemplo: Oxígeno (O2), Hidrogeno (H2), Hierro (Fe), etc.Sustancias Compuestas: Son las que están integradas por 2 o más elementos. Por ejemplo: Agua (H2O), tiene hidrógeno y oxigeno. Oxido de Calcio (CaO), tiene oxígeno y Calcio.La materia en su conjunto tiene determinadas propiedades físicas y químicas.Las propiedades físicas son dependientes de su estado físico o también llamado estados de agregación.Estados de agregación: Básicamente existen 3 estados de la materia. Solido, líquido y gaseoso. También hoy en día se considera un cuarto estado que es el plasma. Este estado no se encuentra de forma natural aquí, sino más bien es el estado más abundante en el resto del universo.A continuación veremos un esquema de los cambios de estado y de sus nombres respectivos.

Fusión: Es el pasaje del estado sólido al líquido. Ejemplo: Fusión del hielo.Evaporación: Es el pasaje del estado líquido al estado gaseoso. Ejemplo: Evaporación del agua.Solidificación: Es el pasaje del estado líquido al estado sólido. Ejemplo: Formación de hielo a partir de agua líquida.Condensación: Es el pasaje del estado gaseoso al estado líquido. Formación de gotitas de agua a partir del vapor de agua en un día frío.Volatilización: Es el pasaje del estado sólido al estado gaseoso sin pasar por el líquido. Ejemplo: pasaje de Yodo sólido a gaseoso o volatilización de la naftalina.Sublimación: Es el pasaje del estado gaseoso al estado sólido sin pasar por el líquido. Ejemplo: Sublimación del Yodo.El estado de agregación está determinado por la cercanía existente entre las moléculas o átomos que conforman la materia. En el sólido los átomos están muy unidos a diferencia del estado gaseoso donde las moléculas están muy separadas. Esta cercanía o alejamiento está determinado por las fuerzas de atracción o de repulsión que predominen en la materia.

SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO

Fuerzas de Atracción y

Repulsión

Predominan las de

Atracción

Están equilibradas Predominan las de

Repulsión

Forma Tiene forma propia Adoptan las del recipiente

que los contiene

No tienen forma propia y

ocupan todo el recipiente.

Compresibilidad No son Compresibles Muy poco Compresibles. Muy Compresibles.

PROPIEDADES DE LA MATERIA La materia se identifica por sus propiedades.Las propiedades son sus cualidades características, que las distinguen de las demás.

Propiedades físicas: solo involucran el comportamiento físico (p.ej. densidad, punto de fusión, etc.). Se pueden medir sin cambiar la identidad química de la sustancia. (Se parte de una sustancia A, luego del proceso físico se obtiene A). A-- A Propiedades químicas: se refieren al comportamiento de las sustancias en las reacciones químicas.Una reacción química es el proceso por el cual una sustancia se transforma en otra (transformación de reactivos en productos). Se parte de una sustancia A, luego del proceso químico se obtiene B. A--- BLa descripción de las reacciones se hace mediante las ecuaciones químicas.

Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de materia Por ejemplo, el punto de ebullición y de fusión de un líquido. Si sometemos al agua al calor, hervirá a 100°C a presión normal.No importa que calentemos un litro de agua o 3 litros de agua. Su Punto de ebullición no variara. Lo mismo sucederá cuando congelemos al agua. Empezará a congelar a 0°C independientemente de la cantidad que usemos. Otras propiedades intensivas conocidas son, la densidad, el peso específico, etc. Propiedades intensivas: si dependen de la cantidad de materia. Por Ejemplo: El volumen, el peso, la longitud, etc. a mayor cantidad de materia, estas aumentan.

Las propiedades de las sustancias se ponen de manifiesto en los fenómenos físicos y químicos. Fenómenos físicos: tienen lugar cuando las modificaciones de las sustancias son transitorias, sin que se altere naturaleza interna (sin que varié su identidad química) (p.ej. pasaje de liquido a vapor).

Las propiedades de la sustancia antes y después del fenómeno físico son las mismas, dado que la sustancia es la misma. Fenómenos químicos: tienen lugar cuando una sustancia se transforma en otra diferente. Las propiedades de la sustancia original (reactivos) son diferentes de las sustancias que se obtienen (productos) en una reacción química (p.ej. oxidaciones).

Las propiedades físicas se miden durante fenómenos físicos, utilizando métodos físicos.Las propiedades químicas se miden durante fenómenos químicos, utilizando métodos químicos.

Las sustancias son las distintas clases de materia que presentan propiedades específicas constantes y una composición definida. No pueden separarse ni fraccionarse. Son las verdaderas especies químicas.Las sustancias simples (elementos) son las que no pueden descomponerse en nada más sencillo porque son lo más sencillo que hay; están formadas por una sola clase de atomos. Algunos elementos tienen la propiedad de formar distintas sustancias simples según la forma de agrupación de sus átomos, se dice entonces que presentan variedades alotrópicas. Son sustancias simples los metales como el hierro, cobre, oro, cinc, sodio, etc., y otras no metálicas como el azufre, nitrógeno, cloro, etc. El oxígeno y el ozono son variedades alotrópicas del oxígeno; el carbón, el grafito y el diamante son variedades alotrópicas del carbonoLas sustancias compuestas (compuestos) son las que están compuestas por dos o más elementos (más de una clase de átomos) y por lo tanto pueden descomponerse en otras más sencillas. La Ley de las Proporciones Definidas o Constantes, de Joseph Louis Proust, una de las primeras leyes de la Química, sostiene al respecto que “Una misma sustancia compuesta tiene siempre los mismos elementos unidos en la misma proporción de masas”. Hay sustancias compuestas minerales como la sal común o cloruro de sodio, el yeso o sulfato de calcio, el dióxido de carbono, el agua. Hay también sustancias compuestas orgánicas como el azúcar común o sacarosa, el alcohol etílico, el ácido cítrico, las proteínas, etc. Alotropía: Es  Propiedad de un elemento químico o sustancia simple o elemental de presentarse en dos o más formas físicas distintas. A cada una de estas formas se le denomina variedad alotrópica. El carbono, por ejemplo, presenta alotropía en las formas de grafito, diamante y fullereno.

Alotropía (del griego:allos, otro, y tropos, manera) en química es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras moleculares diferentes, como el oxígeno, que puede presentarse como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono (O3),o con características físicas distintas, como el fósforo, que se presenta como fósforo rojo y fósforo blanco (P4), o el carbono, que lo hace como grafito, diamante y fulereno.Para que a un elemento se le pueda denominar como alótropo, sus diferentes estructuras moleculares deben presentarse en el mismo estado físico. Debido a la distinta configuración en la estructura de sus átomos, las variedades alotrópicas de un elemento presentan diferentes valores en sus propiedades físicas, como el color, brillo, densidad, dureza, olor y conductividad eléctrica y térmica, así como en sus propiedades químicas. Otros elementos que presentan alotropía son el fósforo, el azufre y el estaño.

PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS:Las sustancias se identifican por sus propiedades.Las propiedades son sus cualidades características, que las distinguen de las demás sustancias. Propiedades físicas: solo involucran el comportamiento físico (p.ej. densidad, punto de fusión, etc.). Se pueden medir sin cambiar la identidad química de la sustancia. (Se parte de una sustancia A, luego del proceso físico se obtiene A). A-- A Propiedades químicas: se refieren al comportamiento de las sustancias en las reacciones químicas.Una reacción química es el proceso por el cual una sustancia se transforma en otra (transformación de reactivos en productos). Se parte de una sustancia A, luego del proceso químico se obtiene B. A--- BLa descripción de las reacciones se hace mediante las ecuaciones químicas.

Propiedades intensivas: no dependen de la cantidad de sustancia Por ejemplo, el punto de ebullición y de fusión de un líquido. Si sometemos al agua al calor, hervirá a 100°C a presión normal.No importa que calentemos un litro de agua o 3 litros de agua. Su Punto de ebullición no variara. Lo mismo sucederá cuando congelemos al agua. Empezará a congelar a 0°C independientemente de la cantidad que usemos. Otras propiedades intensivas conocidas son, la densidad, el peso específico, etc. Propiedades intensivas: si dependen de la cantidad de materia. Por Ejemplo: El volumen, el peso, la longitud, etc. a mayor cantidad de materia, estas aumentan.

Las propiedades de las sustancias se ponen de manifiesto en los fenómenos físicos y químicos. Fenómenos físicos: tienen lugar cuando las modificaciones de las sustancias son transitorias, sin que se altere naturaleza interna (sin que varié su identidad química) (p.ej. pasaje de liquido a vapor).Las propiedades de la sustancia antes y después del fenómeno físico son las mismas, dado que la sustancia es la misma. Fenómenos químicos: tienen lugar cuando una sustancia se transforma en otra diferente. Las propiedades de la sustancia original (reactivos) son diferentes de las sustancias que se obtienen (productos) en una reacción química (p.ej. oxidaciones).

Las propiedades físicas se miden durante fenómenos físicos, utilizando métodos físicos.Las propiedades químicas se miden durante fenómenos químicos, utilizando métodos químicos.

SISTEMAS MATERIALES

Los sistemas materiales son aquellos cuerpos, parte de cuerpos o conjuntos de cuerpos que se

aíslan del entorno para su posterior análisis.

Básicamente hay 2 tipos de sistemas materiales.

Homogéneos y Heterogéneos.

Homogéneos: Son los sistemas materiales que tienen las mismas propiedades fisicoquímicas en

toda su masa.

En estos sistemas vemos una continuidad en toda su masa. Es decir, no observamos cambios de

ninguna índole. Ejemplos:

Un vaso con agua. En su contenido solo vemos agua.

Agua con sal disuelta: También es homogéneo.

Agua y alcohol: Es homogéneo ya que ambos líquidos son miscibles, es decir, se mezclan bien. Por lo

tanto no se observan discontinuidades.

Heterogéneos: En estos sistemas se ven discontinuidades. Ejemplos:

Agua y arena: La arena es depositada en el fondo del recipiente y se diferencia del agua que queda

en la parte superior.

Agua y Aceite: El aceite queda en la parte de arriba por su menor densidad, y al ser inmiscible con el

agua, esta queda en la parte inferior. La separación se ve marcadamente por una línea continua.

Obviamente estas no se ven en los sistemas homogéneos.

En muchos ejercicios de este tema preguntan sobre la cantidad de fases, la cantidad de

componentes y el tipo de sistema que constituyen algunos sistemas materiales. Veremos algunos

ejemplos.

Agua, aceite y alcohol: En este caso estamos en presencia de un sistema heterogéneo, con dos fases

(Aceite por un lado y agua y alcohol por otro) y tres componentes, agua, aceite y alcohol.

Agua y hielo: Tenemos dos fases (agua líquida y hielo) y un solo componente que es el agua.

Bebida gaseosa: Podemos tomar a la bebida en si como un solo componente y al gas que es el

CO2como el otro. Y dos fases, la líquida y la gaseosa determinada por las burbujas.

Separación de fases:

Hay métodos para separar fases en los sistemas heterogéneos. A continuación vamos a detallar

algunos.

Decantación: Este método utiliza como principio la diferencia de densidades entre 2 sustancias. Por

ejemplo, si queremos separar agua de arena o de otro sólido, vertemos el líquido lentamente de un

recipiente a otro quedando la arena en el fondo.

En el caso de dos líquidos de distintas densidades e inmiscibles como el agua y el aceite, usamos la

ampolla de decantación. Es un dispositivo como muestra la figura. En la parte superior esta un

receptáculo para colocar los líquidos. Más abajo tiene un vástago provisto de una mariposa que

puede cerrar o abrir el flujo de los líquidos. Para recoger a estos se coloca en la parte inferior un vaso

de precipitado. Caerá primero al líquido de mayor densidad que se encuentra en la parte inferior. En

este ejemplo, el agua. Cuando el agua caiga por completo cerramos la mariposa y quedara el agua

en el vaso y el aceite en la ampolla, ambos líquidos completamente separados.

 

Filtración: Es para separar un sólido de un líquido. Especialmente si el sólido consta de partículas

pequeñas difíciles de separar por decantación. Consta de un embudo con un papel de filtro en su

interior o algodón algunas veces. El contenido se vierte por la parte superior y por gravedad el líquido

ira cayendo y atravesando el filtro mientras que los sólidos quedaran retenidos en el filtro.

Tamización: Es una especie de filtración. Pero se usa más para separar sólidos pequeños de sólidos

grandes. Por ejemplo arena de canto rodado. Generalmente tienen forma de rectángulo de madera

con malla metálica en su interior.

Centrifugación: Este método usa la velocidad de centrifugación para acelerar la separación de las

partículas sólidas o semisólidas del líquido. Están equipadas de un motor rotatorio, de una tapa y de

unos controles para regular la velocidad y el tiempo de centrifugación.

 

 Lixiviación: No es ya un método muy utilizado. Se lo usaba para recuperar por arrastre de una

corriente de agua las partículas que vayan precipitando y siendo recogidas posteriormente. Fue un

método practicado para recolectar piedritas de oro.

Magnetismo: Es justificado cuando hay presencia de metales en el sistema heterogéneo como

limaduras de hierro.

Fraccionamiento de Fases:

Luego de la separación de fases a veces es necesario separar los componentes que forman dicha

fase o el sistema homogéneo que constituye. Esto se denomina métodos de fraccionamiento.

Destilación: Básicamente hay dos tipos de destilación. La simple y la fraccionada.

Destilación simple: Consiste en la separación de los sólidos de un líquido, que no se pueden

separar normalmente por otros métodos. Los sólidos están compuestos de partículas muy pequeñas.

El caso más común es cuando tenemos que separar la sal del agua. El dispositivo consta de un balón

de destilación donde se coloca el líquido a destilar. Abajo esta el mechero que la da calor para que el

líquido entre en ebullición. En el balón hay un tapón de goma, el cual está atravesado por un

termómetro para controlar la temperatura del proceso. También está adosado un tubo refrigerante.

Cuando el vapor asciende al atravesar el refrigerante se vuelve a enfriar, ya que por este circula una

corriente de agua en sentido contrario. El vapor frío pasa nuevamente al estado liquido

recolectándose de a gotas en frasco colector. La sal queda como residuo en el fondo del balón

destilador.

Esquema del dispositivo:

Destilación fraccionada: Este tipo de destilación es aplicada para separar líquidos de distinto

punto de ebullición. Por ejemplo agua y alcohol. Se utiliza otro refrigerante.

Cromatografía: Es una proceso complejo por su variación en cuanto a los distintos tipos de

cromatografía. Pero en general podemos decir que consta de dos fases, una móvil y otra

estacionaria. La móvil pasa sobre la estacionaria que generalmente es sólida. La movil es un fluido

que puede ser gas o líquido y que transporta a los componentes a separar. En el transcurso del

camino recorrido, los distintos componentes de la mezcla se ven separando y asi permiten que sean

identificados. Hoy en día hay dispositivos de alta tecnología que acortan los tiempos y lo más

importantes son enormemente exactos en la separación.

Cristalización: Algunas sustancias pueden seperarse cuado están en solución formando cristales.

Esto depende del tipo de solvente usado y de las temperaturas. Los cristales empiezan a formarse al

ir descendiendo la temperatura.

MATERIA: SISTEMAS MATERIALES

Los sistemas materiales son cuerpos, sustancias, partes de un cuerpo o conjuntos de cuerpos y sustancias que se encuentran juntos. Son porciones de la naturaleza material que separamos para estudiarEstos sistemas se suelen clasificar a simple vista en dos grandes grupos: HOMOGÉNEOS, cuando se puede observar una sola fase, es decir que dan la apariencia de estar formados por un solo componente y las propiedades son las mismas en todos los puntos del sistema; HETEROGÉNEOS, cuando se observan dos o más fases, aún cuando estas fases puedan corresponder a diferentes estados de un mismo componente, y se observan diferentes propiedades en distintos puntos del sistema.Se llama fase a cada parte homogénea en un sistema heterogéneo y componente a cada una de las sustancias que se encuentran mezcladas en el mismo. La cantidad de fases y componentes es variada e independiente, es decir un sistema puede tener tres fases y un solo componente como ocurre con el agua que puede estar en el mismo sistema en los tres estados o puede tener tres componentes y una sola fase como ocurre en una mezcla de sal agua y azúcar.Cada uno de ellos puede subdividirse en distintas clases, Por ejemplo:

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE FASESLos métodos de separación de fases son procedimientos físicos y mecánicos destinados a separa las diferentes fases de una dispersión. En estos procesos las sustancias no se transforman sólo se separan. El método usado depende de las características de las fases del sistema. Por ejemplo:TRÍA: Es una operación manual en la que se separan fases fácilmente observables de un sistema de pocos componentes sólidos o de una muestra pequeña del mismo. Por ejemplo las frutas defectuosas de las sanas en un sector de encajonado.TAMIZACIÓN: Es un método utilizado para separa dos fases sólidas con particulado de diferente tamaño mediante un tamiz, criba o cernidor con perforaciones adecuadas para que deje pasar la fase más pequeña y retenga la más grande. Así se separan por ejemplo semillas de diferentes cereales o la arena o la harina.FILTRACIÓN: Es un método usado para separar un sólido insoluble de un líquido. Consiste en hacer pasar la dispersión por un filtro que retiene las partículas sólidas y deja pasar el líquido. Así se separan por ejemplo las impurezas de la leche en las plantas de pasteurización. En muchos casos se usan filtros prensa, como en la extracción de aceites de oliva o girasolDECANTACIÓN: Es el método usado para separar dos líquidos no miscibles de diferentes densidades o un sólido insoluble. Consiste simplemente en dejar el sistema en reposo durante un tiempo de modo que la fase más densa se deposita en el fondo y la menos densa queda arriba. Así se separan por ejemplo las impurezas sólidas en los procesos de potabilización de aguas de río.FLOTACIÓN: Este método se usa para separa minerales finamente divididos que tienen diferentes afinidades por un determinado líquido o gas. Consiste en hacer burbujear un gas en la masa barrosa que contiene a la dispersión y un agente que genere espuma. La espuma arrastra hacia la superficie las partículas de una de las fases y deja en el fondo a las otras. Se utiliza especialmente en la concentración de determinados minerales livianos como los sulfuros de cobre o de hierro en la industria metalúrgica.CENTRIFUGADO: Se utiliza para separar líquidos no miscibles o un sólido de un líquido. Consiste en someter al sistema a la acción de una máquina centrífuga que acelera la decantación, enviando la fase más densa hacia el exterior del círculo de giro mientras que la menos densa queda en el interior. Así separa la crema de la leche en la industria láctea o algunos componentes de la sangre en un laboratorio bioquímico.IMANTACIÓN: Es un método para separar partículas de hierro de un sistema. Consiste en hacer pasar el sistema (generalmente sólido) por unas zarandas imantadas o desplazar un imán por la superficie del sistema de modo que retenga las partículas de hierro. Se utiliza en la limpieza de cereales que han sido maquinados y arrastran partículas de hierro de las máquinas de tratamiento o acarreo.EVAPORACIÓN: Se utiliza para separar un líquido de un sólido mediante calor o corrientes de aire. Así se seca la ropa tendida, o las semillas de cereales, o el azúcar separado de la caña, etc.VENTILACIÓN: Se utiliza para separar sistemas sólidos con una fase muy liviana que es arrastrada por corrientes de aire. Así se separan por ejemplo las cáscaras de algunos cereales.

LEVIGACIÓN: Se utiliza para separar sistemas sólidos con fases de distinto peso mediante una corriente de agua que arrastra a la fase más liviana. Así se separan las arenas e impureza del oro en la extracción de este metal.LIXIVIACIÓN: En algunos aspectos es similar a la levigación pero el líquido arrastra a uno de los sólidos por disolución. Se utiliza por ejemplo para separar el azúcar de la remolacha azucarera mediante una corriente de agua sobre las rodajas finas de la remolacha.EXTRACCIÓN O DISOLUCIÓN: Se utiliza para separa dos sólidos de diferente solubilidad. Se agrega al sistema un líquido que tenga la propiedad de disolver a uno de los sólidos y no al otro. Luego se separa la solución del sólido insoluble y por último se evapora el solvente quedando el sólido soluble aparte. Este método suele recibir diferentes nombre según la forma de disolución. Por ejemplo: Infusión, cuando el solvente es agua caliente (como el mate o el té). Decocción, cuando el solvente es agua que hierve durante un rato (como en el matecocido o en el caldo de verduras). Maceración, cuando el solvente es alcohol (como en la elaboración de perfumes y licores).SUBLIMACIÓN: Se utiliza para separar dos sólidos volátiles. Al calentar la mezcla, el sólido que volatilice a más baja temperatura, lo hará primero, luego sus vapores se enfrían y subliman.FUSIÓN: Se utiliza para separar los componentes de una mezcla sólida cuando estos no se descomponen por el calor. Consiste en calentar el sistema hasta que estén todos los componentes fundidos y luego dejar en reposo para que se enfríe lentamente y los líquidos se concentren a diferentes alturas. Así se separa el sebo de la grasa vacuna para refinarla.

MÉTODOS DE FRACCIONAMIENTO DE SOLUCIONESEstos Son métodos físicos, que por lo general se basan en algún cambio de estado o forma de distribución de alguno de los componentes de la solución. Por ejemplo:DESTILACIÓN: Usado para fraccionar soluciones de dos líquidos o de un líquido que se quiere separar de sus sólidos disueltos. Consiste en someter al sistema a la acción del calor hasta que el componente de menor punto de ebullición comience a hervir; sus vapores son conducidos a un refrigerante que los vuelve a condensar. Los dispositivos utilizados para este proceso reciben el nombre de destiladores o alambiques. Por este proceso se obtiene el agua destilada y se concentra el alcohol para las bebidas alcohólicas.DESTILACIÓN FRACCIONADA: Es un método basado en el mismo principio que el anterior pero es más efectivo cuando el sistema es una solución de varios líquidos de puntos de ebullición cercanos. Se calienta la solución en una torre de fraccionamiento que suele ser muy alta y cuenta a distintas alturas con platillos o sistemas de recolección de lluvias. Los vapores ascienden por la columna pero se van enfriando, se condensan y caen como lluvia que vuelve a calentarse, evaporarse y subir. Al cabo de un tiempo la columna entra en régimen, es decir que comienzan a concentrarse a distintas alturas los vapores de los componentes cuyo punto de ebullición es cercano a la temperatura de ese lugar y entonces son recogidos por los platillos o tubos de recolección que los sacan fuera de la columna. Por este proceso se destila el petróleo para separarlo en sus componentes comerciales más conocidos.ÓSMOSIS: Método usado para separar soluciones de un sólido en un líquido por medio de una membrana semipermeable que permite que el líquido pase hacia el lado donde la concentración de soluto es mayor, provocando su disolución. De esta forma filtran la sangre nuestros riñones.CRISTALIZACIÓN: Se usa para separar sólidos cristalizables de sus soluciones líquidas. Se concentra la solución por evaporación de un parte del solvente y luego se deja en reposo para que se formen los cristales que se separan. De esta forma se separa el azúcar de caña de sus jarabes iniciales.CROMATOGRAFÍA: Se utiliza para separa los componente de una solución compleja, que no se pueden separar por otros métodos. Está basado en el fenómeno de capilaridad de los líquidos que trepan a distintas velocidades por los tubos capilares o poros de materiales absorbentes de modo que al cabo de un tiempo se han separados en franjas más o menos alejadas del punto de absorción. Se utiliza mucho en investigación científica sobre todo cuando la proporción de sustancias disueltas es muy baja, como en los análisis de orina que se realizan en los exámenes antidoping.DIFUSIÓN: Usado para separar gases o líquidos. Basado en el mismo principio que la ósmosis. Una membrana semipermeable deja pasar las moléculas de un gas y retiene las del otro.

AUTOEVALUACIÓN: (En alguna parte del apunte encontrarás posibles respuestas)Prueba si puedes responder las preguntas y resolver los problemas siguiendo el proceso que se plantea en este ejemplo:Tomamos una muestra de agua turbia con arena de una playa de río. Si nombramos a sus componentes en forma genérica podemos decir que contiene agua, arena y arcilla dispersas y minerales disueltos:

1) ¿Qué clase de sistema es?.2) ¿Cuántas fases tiene?.3) ¿Cuál es el estado de agregación de esas fases?.4) ¿Cuál es la fase dispersante?.5) ¿Qué diferencia visible hay entre la arena y la arcilla?6) ¿Cuántos componentes tiene el sistema?7) ¿Por qué método podemos separar la arena?.8) ¿Qué clase de sistema es la arena limpia?.9) ¿Qué clase de sistema es el agua que nos queda?.10) ¿Por qué método podemos separar la arcilla del agua?.11) ¿Por qué método podemos secar la arcilla sólida que separamos del agua?.12) ¿Qué clase de sistema es el agua clara que nos quedó?13) ¿Cuántas fases tiene este sistema?14) ¿Cuántos componentes?15) ¿Por qué método podemos separar los minerales del agua?.16) ¿Qué clase de sistema es el agua que nos queda?

INVESTIGACIÓN:1) ¿Qué metales componen las siguientes aleaciones comerciales y para que se usa cada una? a) acero común. b) acero inoxidable. c) latón. d) alpaca. e) oro de joyería. f) duraluminio. g) estaño para soldaduras. h) constantán. i) peltre. j) plata de ley. k) cuproniquel.2) ¿Cuáles son los principales componentes de la leche de vaca y qué sistema forma cada uno?3) ¿Qué son las propiedades coligativas de una solución y cuáles son las principales?4) ¿Qué significan las unidades nanómetro (nm) y micrómetro (µm)?