Sistemas Materiales

Sistemas Materiales:

Se llama sistema material a una porción limitada del universo que se separa, real o imaginariamente, para su estudio. Según su composición, los sistemas materiales se dividen en dos en sustancias puras y mezclas.

Sustancias Puras; Ccontienen un sólo componente, de composición y propiedades fijas. Sus propiedades intensivas se mantienen inalterables. Se dividen en:

o      Elementos químicos: Formados por átomos con el mismo número atómico. Ej: oro, carbono, oxígeno.

o      Compuestos químicos: Contienen varios tipos de átomos, con distinto número atómico, unidos entre sí mediante enlaces químicos, formando moléculas o redes de átomos o iones, con una estructura fija. Ej: agua, benceno, etanol, glucosa.

Mezclas:  Una Mezcla es la unión de dos a mas sustancias en diversas proporciones. La mezcla formada presenta características propias diferentes a las de sus componentes, estas características varían según las proporciones en se encuentran las sustancias que la forman, se clasifican en dos homogéneas y heterogéneas.

Mezclas Heterogéneas: Una mezcla heterogénea es aquella que posee una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse mecánicamente. Por ejemplo: las ensaladas o la sal mezclada con arena. Muchas rocas pertenecen a esta categoría. En un trozo de granito se pueden distinguir varios componentes, que se diferencian entre ellos por el color.  Normalmente sus componentes se pueden distinguir a simple vista o al microscopio. Se pueden emplear varios métodos físicos para separar los componentes de una mezcla heterogénea. Algunos de ellos son:

Filtración, que se utiliza para separar mezclas heterogéneas sólido-líquido. Se hace pasar la mezcla a través de una barrera con poros finos, como un filtro de papel.

Disolución y filtración: La arena mezclada con sal, al ser ésta soluble en agua, se pueden separar agitando la mezcla en agua. Al filtrar, la arena se queda retenida en el papel y la disolución de sal pasa a del papel de filtro.

Decantación: Permite separar dos líquidos no miscibles. Al dejar reposar la mezcla, el más denso queda en la parte inferior y el menos denso en la superior, pudiéndose separar fácilmente.

Las Mezclas heterogéneas se clasifican en dos tipos  Mezcla grosera y suspensión:

Las mezclas groseras: tiene tamaño de partículas muy grandes como el caso del granito, sopa, una ensalada y sus componentes se pueden distinguir a simple vista.

Las suspensiones: Las partículas que tienen son más pequeñas que las mezclas grocera, las cuales quedan suspendidas en un liquido por un tiempo y posteriormente precipitan, como es el caso de la sal y la arena.   suspensión es una mezcla heterogénea formada por un sólido en polvo y/o pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) que se dispersan en un medio líquido (fase dispersante o dispersora). Las suspensiones se diferencian de los coloides o sistemas coloidales, principalmente en el tamaño de las partículas de la fase dispersa. Las partículas en las suspensiones son visibles a nivel macroscópico (mayores a 1 µm), y de los coloides a nivel microscópico (entre 1 nm y 1 µm). Además al reposar las fases de una suspensión se separan, mientras que las de un coloide no lo hacen. La suspensión es filtrable, mientras que el coloide no es filtrable.

Las mezclas homogéneas o uniformes son aquellas en las que la composición es la misma en toda la muestra. Presenta partículas que no se pueden diferenciar con una lupa o microscopio, La mezcla homogénea son de dos tipos disoluciones y coloides.

Coloides: La definición clásica de coloide, también llamada dispersión coloidal, se basa en el tamaño de las partículas que lo forman, llamadas micelas. Poseen un tamaño bastante pequeño, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios ópticos, aunque son mayores que las moléculas ordinarias. Las partículas que forman los sistemas coloidales tienen un tamaño comprendido entre 10-7 y 10-5 cm. 

Propiedades de los sistemas coloidales :

El efecto Tyndall es el fenómeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partículas coloidales, al parecer, como puntos luminosos debido a la luz que dispersan. Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de la disoluciones verdaderas. No pueden verse las micelas, pero si el movimiento que describen, que es desordenado describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag, y el movimiento que describen es el movimiento Browniano. 

Tipos de coloides

Según el estado físico en que se encuentren la tase dispersa y el medio dispersante, los coloides toman diferentes nombres:

Clases de Coloides	Medio Dispersante	Sustancia Dispersa	Ejemplo
Soles, geles	líquido	sólido	pintura, gelatina
Emulsiones	líquido	líquido	leche, mayonesa, cremas.
Espumas	líquido	gas	espuma de jabón, crema batida.
Aerosoles líquidos	gas	líquido	neblina, nubes
Aerosoles sólidos	gas	sólido	humo.
Espumas sólidas	sólido	gas	caucho
Emulsiones sólidas	sólido	líquido	queso, mantequilla
Sol sólido	sólido	sólido	algunas aleaciones.

Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida. 

Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.  Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composición es constante.

Entonces, reiterando, llamaremos solución  o disolución a las mezclas  homogéneas que se encuentran en  fase líquida. Es decir,

las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida,  como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones. 

Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones.

Las soluciones son distintas de los coloides y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular y están dispersas uniformemente entre las moléculas del solvente. Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el agua

Características de las soluciones (o disoluciones): 

I) Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc. 

II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía. 

III) Los componentes de una solución son soluto y solvente. 

    soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve.  El soluto puede ser sólido, líquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dióxido de carbono  se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar se puede utilizar como un soluto disuelto en líquidos (agua).

    solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto.  El solvente es aquella fase en  que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua. (Ver: El agua como solvente).

En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter homogéneo de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por métodos mecánicos.

Mayor o menor concentración

Ya dijimos que las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto  y de solvente  de una disolución  se utiliza una magnitud denominada  concentración. 

Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas,  sobresaturadas.  

Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña.  Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua, esta muy alejado del punto de solubilidad o saturación que es de 31 gramos por cada 100 ml de agua. 

Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande.  Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa  en 100 gramos de agua esta serca de alcanzar el punto de solubilida de 31 gramos por cada 100 ml de agua.  

Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto.  Ejemplo: 31 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C.  

Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso. Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 31 gramos y los 7 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.  

Modo de expresar las concentraciones

Ya sabemos que la concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. También debemos aclarar que los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas.

Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades físicas y en unidades químicas.

Unidades físicas de concentración

Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes:

a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución)

b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de solución)

c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución)

a) Porcentaje peso a peso (% P/P):  indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.

Procedimiento de separación de las Soluciones

- Evaporación: que se utiliza para separar mezclas homogéneas sólido-líquido. El líquido se evapora, quedando un residuo sólido en el matraz. Este líquido se recupera condensando el vapor. La evaporación puede utilizarse para separar los componentes de una disolución acuosa de sulfato de cobre.

- Destilación: se utiliza para separar mezclas homogéneas líquido-líquido, cuando ambos tienen distinta temperatura de ebullición. Al ir calentando la mezcla los vapores desprendidos serán más ricos en el componente más volátil y pueden ser recogidos por un serpentín de refrigeración donde se condensan de nuevo a líquido. Se puede así separar el alcohol del agua.