Sistemas Materiales, Propiedades, Métodos de separación, etc. Cristina Pasqualini Química Básica

CONCEPTO DE QUÍMICA Parte de la ciencia que se ocupa del estudio de la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, de la interpretación teórica de las mismas, de los cambios energéticos que tienen lugar en las citadas transformaciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer energía en cualquiera de sus formas.

PROPIEDADES DE LA MATERIA FÍSICAS ( se perciben con los sentidos ). Será una propiedad que tiene una muestra de materia mientras no cambie su composición. EXTENSIVAS Dependen del tamaño de los cuerpos INTENSIVAS O ESPECÍFICAS Son características del cuerpo que se considere, independientes de su forma o tamaño. Ejemplo: color, olor, PE, PF, densidad, etc. Son dependientes del ambiente externo ( presión y temperatura) QUÍMICAS se ponen de manifiesto cuando el sistema se transforma en otro de naturaleza diferente ( transformación química ). Ej. se coloca un trozo de Fe en una solución de HCl : Fe + 2 HCl FeCl2 + H2

SOLUCIONES: son mezclas homogéneas de dos o más sustancias.Ej. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES en base a las propiedades de la materia Homogéneos: Presenta en todas sus partes las mismas propiedades intensivas SUSTANCIAS PURAS: simples( Al, Fe, Zn) o compuestas ( Nacl; Ca (0H)2 , H2O) SOLUCIONES: son mezclas homogéneas de dos o más sustancias.Ej. Liquidas : agua + alcohol; azúcar y agua Sólidas: Aleaciones ( acero, oro blanco, bronce, alpaca, etc.) y Amalgamas

Sustancia pura, forma de materia HOMOGÉNEA de composición uniforme e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son idénticas, sea cual sea su procedencia. Las sustancias puras se identifican por sus propiedades características, es decir, poseen una densidad determinada y unos puntos de fusión y ebullición propios y fijos que no dependen de su historia previa o del método de preparación de las mismas. Por ejemplo, el agua pura, tiene una densidad de 1 g/ cm3, su punto de fusión normal es 0 °C y su punto de ebullición normal es 100 °C, en determinadas condiciones de presión y temperatura (estas deben especificarse siempre). Por Ej. La densidad es el cociente de masa y volumen, pero a mayor temperatura el volumen aumenta y por lo tanto modifica el valor de densidad, así mismo, el agua hierve a 100 ºC a presión normal (1 atm), si la presión es menor el agua hierve a menor temperatura. Las propiedades intensivas cuantificadas, se denominan constantes físicas, en condiciones especificadas de presión y temperatura, con ellas se confeccionan tablas y ellas nos permiten caracterizar las sustancias. Las sustancias puras a su vez las clasificamos en: sustancias simples y compuestas

Sustancias simples Sustancia formada por un solo tipo de átomos que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios.

Sustancias compuestas: formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable. El agua, por ejemplo, está formada por tres átomos dos de hidrógeno unidos a un solo átomo de oxígeno. Hay otras moléculas mucho mas grandes por ejemplo la gammaglobulina, proteína de la sangre, formada por 19996 átomos sólo de cuatro tipos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Heterogéneos: Presentan propiedades intensivas diferentes según la zona que analicemos. Cada conjunto de zonas con propiedades intensivas iguales recibe el nombre de fase. La superficie de separación entre ellas se llama interfase. Debemos establecer un criterio para esta clasificación, dado que la leche observada visualmente es un sistema homogéneo, pero observada con el microscopio óptico es un sistema heterogéneo, ya que podemos diferenciar los glóbulos de grasa dentro del sistema. Por ello se establece que en un sistemas homogéneos las partículas tienen un diámetro menor a 1 nm ( 1 manómetro = 10 -9 m), mientras que los sistemas los sistemas heterogéneos las partículas tienen un diámetro mayor a 1 nm .

Separación de sistemas Homogéneos 1. Destilación

Separación de sistemas Homogéneos 2.Evaporación y cristalización: la evaporación consiste en eliminar el disolvente líquido, quedándonos con el soluto. Para favorecer la evaporación podemos calentar la mezcla o dejar que esta ocurra lentamente. La cristalización es el depósito del sólido disuelto en el líquido por alguno de los siguientes métodos: 1- por enfriamiento, habitualmente se disuelven mejor los sólidos en los líquidos la aumentar la temperatura. Si nosotros enfriamos deberá tener menos sólido disuelto en el líquido, el sólido que sobra acabará depositándose en el fondo del recipiente (cristalización). 2- por evaporación, al disminuir la cantidad de disolvente deberá tener menos sólido disuelto, el que vaya sobrando a medida que se evapore el líquido se depositará en el fondo del recipiente (cristalización).

3.Cromatografía

Sistemas Heterogéneos Dispersiones groseras : se ven a simple vista : Ej. Agua y arena Dispersiones finas : se ven a microscopio . En general los podemos denominar coloides. Sin embargo los podemos dividir base al tamaño de las partículas en función del método de observación Microscopio óptico: Suspensión fina ( mayores a 100 nm). Ej. Leche; Emulsiones : Ej. Mayonesa Microscopio electrónico: Suspensión coloidal : Ej. Aerosoles, humo , etc. ( partículas muy pequeñas , menores a 100 nm y mayores o iguales a 1 nm )

Separación de sistemas Heterogéneos 1. Tamización: para separar mezclas sólidas donde hay diferencia en el diámetro de las partículas de cada miembro del sistema.

2. Disolución: la diferencia en el diámetro de las partículas es pequeña , entonces aprovecho alguna propiedad de uno de los componentes para separarlos, ejemplo : pimienta molida y azúcar , esta ultima es soluble en agua. Agrego agua, separo por filtración la pimienta, luego evaporo el agua de la pimienta por desecación. El azúcar queda en el liquido, evaporo, y luego cristalizo el azúcar.

3. Centrifugación: se emplea cuando tengo partículas sólidas muy pequeñas, suspendidas en liquido, y hay diferencia en la densidad de los componentes. Se utiliza un instrumento de laboratorio denominado centrifuga.

4.Filtración: se emplea para separar sólidos de líquidos , cuando el diámetro de partículas sólidas lo permite, hay diferentes diámetros de filtros ( papel, milipore, etc.).

5, Decantación : se utiliza para separar mezclas de líquidos, no miscibles, de diferentes densidades, las fases se pueden observar en forma visual. Se emplea un instrumento llamado ampolla de decantación

6.Sedimentación y decantación: es un método que me permite separar un componente sólido cuando el diámetro de partícula es grosero, Ej. Una mezcla de agua y arena. Se deja sedimentar, luego se decanta el líquido a otro recipiente, utilizando como guía una varilla de vidrio Hay otros métodos de separación, solo enunciamos algunos. En muchos casos se utilizan para la separación de mezclas, una combinatoria de métodos.

Ejemplo: supongamos que debemos separar los componentes (sustancias que componen el sistema) de una mezcla heterogénea formada por sulfato de cobre, arena y agua.

TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA TRANSFORMACIÓN FÍSICA. Se dice que se ha producido una transformación física cuando una muestra de materia cambia alguna de sus propiedades físicas, pero su composición permanece inalterada. Eje. Paso de agua sólida a agua líquida. TRANSFORMACIÓN QUÍMICA. Se dice que se ha producido una transformación QUÍMICA cuando una muestra de materia se transforma en otra muestra de composición diferente. Ej. C2H5OH + 3O2 → 2CO2 +3H2O

LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA (LAVOISIER) En un sistema cerrado, sin intercambio con el exterior, la masa contenida en él permanece constante aunque se produzcan reacciones químicas en su interior. (en una reacción química, la cantidad de materia es la misma al final y al comienzo de la reacción)

Ecuación química La ecuación química ajustada simboliza la naturaleza y cantidades de las sustancias que participan en un proceso o cambio químico. La relación entre las cantidades de las sustancias que intervienen en la ecuación química se denomina estequiométrica. Una ecuación química ajustada es una ecuación algebraica, en la que se ponen las sustancias reaccionantes en el primer miembro y los productos de la reacción en el segundo, separados ambos miembros por un signo igual o por una flecha cuya punta indica el sentido en el que se produce la reacción. Cuando la reacción es reversible se pone una doble flecha. Las condiciones de la reacción se suelen poner por encima o debajo de la o las flechas.

Relaciones estequiométricas Relaciones moleculares. Relaciones en peso. Relaciones peso-volumen y volumen - volumen

Formas de expresar las concentraciones de las Soluciones Molaridad, M Molalidad, m Normalidad, N Fracción molar ppm