14 may
Sistemas materiales y separación de Fases


 

 

PROPIEDADES DE 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 intensivas y Extensivas:

Propiedades Intensivas: Son aquellas que no varían con 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 Extensivas: Son las propiedades que si dependen de la cantidad de materia. Por Ejemplo: El volumen, el peso, la longitud, etc. a mayor cantidad de materia, estas aumentan.

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 CO2 como 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.

 

 

Lexivigación: 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.

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