Sistemas Materiales

Un sistema material es una porción del universo formada por una o más sustancias que se aíslan, ya sea de manera real o mental, para su estudio.

Identificación de Componentes

Los elementos que componen un sistema material se pueden identificar de dos maneras:

  • Fase: Parte de la composición que tiene el mismo estado de agregación y las mismas propiedades intensivas.
  • Interfase: Superficie que separa las fases.

Clasificación de Sistemas Materiales

Los sistemas materiales se clasifican en:

  • Sistemas materiales homogéneos: Están formados por una sola fase y poseen las mismas propiedades intensivas en todo el sistema.
  • Sistemas materiales heterogéneos: Formados por más de una fase, presentan distintas propiedades intensivas en el sistema.

Mezclas y Dispersiones

  • Mezcla: Es la reunión de dos o más sustancias en la que cada una mantiene sus características.
  • Dispersión: Es la diseminación y esparcimiento de partículas en un medio. Se clasifica en:
    • Solución (agua salada)
    • Coloides (gelatina)
    • Suspensión (agua y arena)

Soluciones

Una solución es una mezcla homogénea donde las partículas de dispersión están agrupadas y no se sedimentan. Su separación se realiza por cristalización.

  • Solvente: Sustancia que está presente en mayor proporción en una solución.
  • Soluto: Otras sustancias presentes en una solución.
Tipos de Soluciones
  • Solución saturada: Tiene tanta cantidad de soluto que el solvente no puede disolver más.
  • Insaturada: Cuando el soluto tiene menor cantidad que el solvente.
  • Sobresaturada: El soluto sobrepasa en cantidad al solvente.
  • Diluida: Cuando soluto y solvente están a la misma proporción.
  • Concentrada: Tiene mucho soluto en solución.

Solubilidad: Valor de concentración que corresponde a la máxima cantidad de soluto que se disuelve en cierta cantidad de solvente en determinadas condiciones de presión y temperatura.

Separación de Fases

Sistemas Heterogéneos

  • Filtración: Separa líquidos de sólidos. Se usa colador o papel de filtro.
  • Tamización: Separa dos sólidos de diferentes tamaños. Se usa tamiz.
  • Decantación: Separa dos líquidos de diferentes densidades. Se usa la ampolla de decantación, donde el líquido más denso queda en la parte inferior y el otro decanta (sube).
  • Flotación: Separa dos sólidos de diferentes densidades. Se le agrega líquido y el más pesado baja, el más liviano flota.
  • Sublimación: Separa dos sólidos de los cuales uno sublima y el otro no.
  • Extracción con solvente: Separa dos sólidos, se usa un solvente a temperatura ambiente.

Suspensiones

Las suspensiones son sistemas heterogéneos que se caracterizan por no ser uniformes en toda su extensión, tanto en su aspecto como en sus propiedades. Están formadas por dos o más fases que están separadas entre sí por superficies de separación llamadas interfases.

Sistemas Homogéneos

  • Destilación simple: Separa dos o más soluciones líquidas, una debe tener punto de ebullición menor que los otros componentes. Se usa un destilador.
  • Destilación fraccionada: Separa soluciones líquidas con punto de ebullición parecidos. El destilador es más grande y tiene bolitas de vidrio.
  • Cristalización: Separa un sólido disuelto en un líquido, donde la solución se calienta hasta la evaporación del líquido.
  • Cromatografía: Se usa el mismo método de la extracción con solvente, se reconoce una fase fija, sólida y otra líquida o gaseosa.

Propiedades Coligativas

Las propiedades coligativas no dependen del tipo de soluto que se disuelve en determinado solvente, sino del número de partículas que se disuelven en él. Estas propiedades se relacionan con el número de partículas del soluto presentes en una solución.

Propiedades Coligativas

  • Descenso crioscópico: Disminución del punto de fusión que se produce al agregar un soluto no iónico y no volátil a un solvente. La solución se congelará a temperaturas menores que cuando estaba el solvente puro.
  • Disminución de la presión de vapor: Al agregar un soluto no volátil a un solvente, la presión de vapor de la solución será menor que la del solvente puro.
  • Ascenso ebulloscópico: En el punto de ebullición de un líquido, la presión de vapor se vuelve igual a la atmosférica y el líquido hierve y pasa al estado gaseoso.
  • Presión osmótica: Se produce cuando en un recipiente dividido por una membrana semipermeable que solo deja pasar moléculas de solvente puro, se coloca de un lado la solución y del otro el solvente.

Sistemas Coloides

En los sistemas coloides, las partículas dispersas son pequeñas como para no ser vistas ni separadas por filtración común, al igual que pasa con las soluciones. Si usamos un ultramicroscopio, vemos pequeños puntos luminosos producidos por las partículas que reflejan y refractan la luz. Este fenómeno muestra que las partículas de un sistema coloidal son más grandes que las que forman una solución y se llama efecto Tyndall por su inventor John Tyndall.

Tipos de Coloides

  • Sólido-sólido = Sol sólido: Rubí
  • Sólido-líquido = Emulsión sólida: Queso
  • Sólido-gas = Espuma sólida: Piedra pómez
  • Líquido-sólido = Gel: Gelatina caliente
  • Líquido-líquido = Emulsión: Mayonesa
  • Líquido-gas = Espuma: Para afeitar
  • Gas-sólido = Aerosol sólido: Humo
  • Gas-líquido = Aerosol líquido: Niebla
  • Gas-gas = No existe

Teoría Cinético-Molecular

La teoría cinético-molecular describe el comportamiento de los gases:

  • Un gas está compuesto por un gran número de moléculas que se mueven continuamente al azar y en línea recta. Esto se llama agitación térmica.
  • Todo gas ejerce presión sobre las paredes del recipiente que lo contiene.
  • El volumen total ocupado por las moléculas del gas es despreciable frente al volumen del recipiente.
  • Las fuerzas de atracción entre las moléculas de un gas son despreciables.
  • Las colisiones entre las moléculas de un gas son elásticas.
  • La energía cinética promedio de las moléculas de un gas es proporcional a la temperatura absoluta del gas.