Sistemas Materiales: Clasificación, Propiedades y Métodos de Separación, Apuntes de Química

¡Descarga Sistemas Materiales: Clasificación, Propiedades y Métodos de Separación y más Apuntes en PDF de Química solo en Docsity! Prof. Federico De Angeli 2024 Unidad 2: Sistemas materiales Un sistema material es una porción de materia que se considera en forma aislada para estudiar sus componentes. Por ejemplo, un trozo de estaño es un sistema material constituido por una sustancia simple que solo está formada por átomos de estaño. El gas dióxido de carbono es un sistema integrado por una sustancia compuesta, que tiene átomos de carbono y de oxígeno. La mayoría de los sistemas materiales están compuestos por más de una sustancia, es decir, son mezclas. Un sistema puede caracterizarse según sus fases y componentes: Fases: conjunto de las partes del mismo que tienen iguales valores para sus propiedades intensivas y que se encuentran separadas, unas de otras, por superficies de discontinuidad bien definidas. Componentes: cada elemento que forma parte del mismo. En algunos casos puede ser una misma materia en distintos estados de agregación. Los sistemas materiales se pueden clasificar según su relación con el medio ambiente en: Abiertos: existe intercambio de materia y energía entre el sistema y el medio externo que lo rodea (el ambiente o su entorno). Por ejemplo, una taza de café caliente, intercambia materia ya que libera partículas de agua en forma de vapor y se le puede añadir azúcar u otro componente, y energía en forma de calor; también una fogata, libera energía en forma de calor y materia en esa ceniza presente en el humo a la vez el sistema se alimenta con ramas secas del medio. Cerrados: existe intercambio de energía solamente, no intercambia materia con el medio externo. Ejemplo, una botella cerrada con agua fría, intercambia energía, al tocarla se enfrían nuestras manos o en el verano vemos gotitas de condensación en su superficie, más mientras permanezca cerrada no Prof. Federico De Angeli 2024 intercambiará materia. Ahora bien, su la abriese ese sistema pasaría a ser un sistema abierto. Otro ejemplo, es el termómetro de mercurio, cerrado herméticamente no puede intercambiar materia, pero sí la energía en forma de calor que mide. Aislados: no intercambia ni materia ni energía con el medio externo. Por ejemplo, un termo, mientras permanezca cerrado y su sistema de vacío que le permite conservar la energía no se altere, será un sistema aislado. Pensemos un momento ¿un termo realmente conserva infinitamente el calor de agua? De acuerdo a tu respuesta te dejo una pregunta para que reflexiones ¿Existen realmente los sistemas aislados? En caso de que pienses que no, ¿a qué nos referimos con sistemas aislados? Puedes consultar en internet. Sustancias puras y mezclas Las sustancias puras, corresponden a un tipo de materia cuya composición química es definida y constante. En otras palabras, en su estado sólido, líquido y gaseosos, las partículas que lo conforman no cambian. Además, no pueden ser separadas en componentes más sencillos mediante procesos físicos. Las sustancias puras pueden ser simples o compuestas. Una sustancia simple puede ser el sodio, el cobre o el oxígeno, formadas por un solo elemento; una sustancia compuesta, como el agua o el cloruro de sodio (la sal de mesa) está formada por más de un elemento; no obstante, sigue siendo pura. Ahora bien, una mezcla es aquél sistema formado por más de una sustancia que pueden separarse por métodos físicos. Por ejemplo, el aire, una solución de agua y sal, una mezcla de arena y piedras que usan los albañiles. Las mezclas según la cantidad de fases que presenten pueden clasificarse, a su vez, en sistemas homogéneos o heterogéneos. Este tema se desarrolla a continuación. Sistemas homogéneos y heterogéneos Los sistemas materiales también suelen clasificarse según la cantidad de fases que tengan en homogéneos, aquellos que presentan una única fase con propiedades intensivas constantes en todo el sistema, y heterogéneos, aquellos con más de una fase. Con respecto a estos últimos, hay sistemas aparentemente homogéneos, pero que en realidad no lo son: los coloides. Por ejemplo, la leche tiene pequeñas Prof. Federico De Angeli 2024 Lixiviación: Es un proceso para separar los minerales de las rocas que lo contienen. Ciertos minerales y metales preciosos se encuentran contenidos en rocas (lo que conocemos como minas), éstos pueden extraerse de la roca utilizando solventes químicos que disuelven el mineral en cuestión, liberándolo de la roca. Luego esa solución obtenida debe purificarse para obtener el metal deseado. Actividad: El Litio es un metal muy utilizado en la construcción de baterías. Argentina posee en el norte unos yacimientos de Litio importantísimos en volumen de mineral. Investiga acerca del mismo. Actividad 2: Investiga acerca de las consecuencias de la minería, de los potenciales riesgos del uso indebido de la lixiviación y que alternativas a ésta existen. Destilación: La destilación es una técnica de laboratorio utilizada en la separación de sustancias miscibles de acuerdo al punto de ebullición de sus componentes. Consiste en hacer hervir una mezcla, los vapores que se desprenden se condensan después, por enfriamiento, en un tubo llamado refrigerante, por el cual circula agua fría a contracorriente. Si se parte de una mezcla de dos sustancias en la que sólo una de ellas es volátil, ejemplo agua salada, se pueden separar ambas mediante una destilación. El componente más volátil (el que hierve primero) se recogerá por condensación del vapor y el compuesto no volátil quedará en el balón de destilación. Si ambos componentes de una mezcla son volátiles, por ejemplo agua y alcohol, la destilación simple no logrará su completa destilación. Para esto se hace una destilación fraccionada en la que se destila nuevamente el condensado recibido para ir purificándolo. Esto se hace en columnas de destilación muy grandes. Este proceso es común observarlo en los ingenios azucareros, acá en Tucumán, ya que a partir del azúcar se genera una mezcla Prof. Federico De Angeli 2024 de agua y alcohol, que debe destilarse para obtener el alcohol puro que se vende en farmacias. Soluciones El estudio de las soluciones es un tema de gran importancia debido a que la mayoría de las reacciones químicas ocurren en solución, particularmente en medios acuosos. Una solución es un sistema homogéneo formado por dos o más componentes que no reaccionan entre si, cuya composición puede variar entre ciertos límites en forma continua. Sus características principales son:  Las propiedades intensivas son iguales en cualquier punto del sistema.  Están formadas por una sola fase.  Son fraccionables. Los componentes de una solución se denominan soluto y solvente, siendo el solvente es la sustancia que está presente en mayor proporción en una solución y el soluto es la otra sustancia que integra la misma. Las soluciones se clasifican en: Prof. Federico De Angeli 2024 Clasificación de las soluciones de acuerdo a su concentración:  Solución diluida: Una solución diluida contiene una pequeña cantidad de soluto respecto de la cantidad de disolvente o solución.  Solución concentrada: Una solución concentrada contiene una gran cantidad de soluto respecto de la cantidad de disolvente o solución.  Solución saturada: En general la capacidad de un solvente para incorporar un soluto tiene un límite; se dice que una solución es saturada cuando el solvente ha incorporado la máxima cantidad posible de soluto. Este tipo de clasificación es cualitativa, no expresa cantidades precisas de concentración de una sustancia sino que nos indica algo que se puede observar. Pero también las soluciones se pueden clasificar cuantitativamente utilizando las expresiones molaridad, normalidad, molalidad y relación porcentual. Solubilidad: La solubilidad es la propiedad que tienen las sustancias de poder formar un sistema homogéneo con un solvente. Este proceso ocurre de la siguiente manera: en primera instancia la fuerza de atracción entre las moléculas del soluto es muy fuerte y solo se disuelve la parte de soluto que está en contacto con el solvente; cuando esto ocurre se debilitan las fuerzas de atracción entre soluto y se favorecen las de atracción soluto-solvente produciéndose así la disolución. Esto puede esquematizarse de la siguiente manera: Para explicar que ocurre, químicamente hablando, al prepararse una solución, tomaremos como ejemplo el agua salada. El agua tiene la fórmula química H2O y tiene una característica que se llama polaridad, por su estructura, el oxígeno tiene mayor fuerza para atraer electrones, mientras que el hidrógeno no. Esto Prof. Federico De Angeli 2024 Pregunta: En que estado se encontrará el agua:  A menos de 0,006 atm de presión y temperatura de 50°C  A 1 atm de presión y temperatura de -25°C  A 218 atm de presión y temperatura de 40°C  A 1 atm y 115°C de temperatura Ósmosis: Es el proceso de difusión pasiva de un solvente, a través de una membrana semipermeable, desde la región de menor concentración a la de mayor concentración (de más diluida a más saturada). Presión osmótica es la presión necesaria reestablece el estado inicial de los líquidos en cuestión. Veamos la siguiente imagen: Prof. Federico De Angeli 2024 En primera instancia tenemos dos líquidos (uno puro y el otro una solución con mayor concentración de soluto) separados por una membrana semipermeable (o sea que permite el paso del líquido de uno a otro lado). En el segundo cuadro vemos que el líquido puro atraviesa esa membrana para disolver la solución y de esa manera igualar la concentración de soluto a ambos lados de la membrana. Esto es básicamente el proceso de osmosis. En el tercer cuadro vemos que si aplicamos una determinada presión se anula lo que ocurrió en el cuadro 2, es decir, se revierte el proceso de ósmosis. Esta presión se llama presión osmótica. ¿Donde esta presente la ósmosis y la presión osmótica? ¿Que funciones biológicas depende de ella? ¿En algún otro proceso de la vida cotidiana es importante?