Cátedra de Química – 4º Año




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fecha de publicación04.02.2016
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Cátedra de Química – 4º Año

Profesor O.D. Alarcón


SISTEMAS MATERIALES
LOS SISTEMAS MATERIALES son conjuntos de cuerpos entre los que encontramos límites virtuales (es decir, que los ponemos nosotros). Éstos pueden aislarse del resto del UF para estudiarlos.
Según las interacciones energéticas o materiales que un sistema material mantenga con el entorno, se pueden clasificar en:

  • Abiertos: cuando es capaz de intercambiar materia o energía con el ambiente. Ej.: una fogata, que libera energía lumínica, calórica y gases.

  • Cerrados: no intercambia materia con el medio pero sí energía. Ej: foco, que intercambia energía lumínica y calórica

  • Aislados: no intercambian ni materia ni energía con el medio. Ej.: termo, si es ideal

Los sistemas ADIABÁTICOS son sistemas aislados, de los cuales no puede salir ni entrar calor.
Un sistema puede transformarse en otro.

Cuando se analizan las propiedades intensivas de cada elemento del sistema, podemos encontrar similitudes y diferencias:

Sistema material homogéneo: sistema en el que todos los puntos coinciden en sus propiedades intensivas. Tiene una sola fase

Sistema material heterogéneo: sistema en el que se dan diferencias entre las propiedades intensivas de dos o más puntos del sistema. Tienen dos o más fases.
FASES DEL SISTEMA MATERIAL: sectores del mismo que tienen homogeneidad, es decir que en todos los puntos de esa fase coinciden las propiedades intensivas.
COMPONENTES: es cada una de las sustancias diferentes que forman un sistema material. No es lo mismo fase que componente
Composición centesimal: es expresar porcentualmente la cantidad de cada componente que constituye un sistema material.

Las fases pueden separarse con distintos métodos. Para ello el sistema debe ser heterogéneo, se debe tener en cuenta:

    • la naturaleza del sistema

    • el estado de agregación molecular

    • tamaño de la partícula.


Los métodos de separación de fases son:

  • TRÍA: se utiliza en general en SM sólidos, donde cada una de las fases se distinguen a simple vista. No se usan métodos especiales. Se separan las fases con la mano o con una pinza. Ej: tizas de distinto tamaño, hielo de agua.

  • TAMIZACIÓN: se emplea cuando ambas fases del sistema son sólidas y tienen partículas de tamaños diferentes, donde predomina una de mayor volumen. Ej.: harina y arena. El diámetro de los orificios del tamiz debe ser inferior a las partículas que se quieren retener.

  • COLADO: se pueden separar una fase sólida de una líquida. Ej: pastas, café. Se regula el tamaño del colador según el tamaño de las fases que queremos separar.

  • FILTRACIÓN: se usa para separar un líquido de un sólido, cuyo tamaño particular quede retenido en una malla de filtro, en un algodón o en una tela. Los poros de la malla son menores que los de un tamiz. Ej: azufre de alcohol.

  • FLOTACIÓN: sirve para separar dos sólidos de distinta densidad mediante el agregado de un líquido de densidad intermedia. Ej: un sistema formado por virutas de madera y limaduras de hierro, se agrega agua. Las limaduras quedan depositadas en el fondo y las virutas flotan

  • DECANTACIÓN: se emplea cuando la mezcla está formada por líquidos no miscibles. Ej: mezcla de agua y aceite, que se coloca en una ampolla de decantación. Si se abre el robinete de la ampolla y se deja caer el agua hasta la interfase. El agua se recoge en un recipiente.

  • IMANTACIÓN: se usa para separar dos sólidos, uno de los cuales tiene propiedades magnéticas. Ej: arena y limaduras de hierro.

  • SUBLIMACIÓN: se usa para separar dos sólidos, uno que sublima y otro que no. Ej.: yodo y sulfato de cobre.

  • EXTRACCIÓN, FILTRACIÓN Y EVAPORACIÓN: se separan dos sólidos, uno soluble en un solvente y el otro no. Ej.: sulfato de cobre y arena. Al agregar agua al sistema, el sulfato de cobre se disuelve, pero la arena no. Luego el nuevo sistema formado se filtra, y el filtrado se calienta para recuperar el sulfato de cobre

  • CENTRIFUGACIÓN: se usa para separa un líquido de un sólido, e implica utilizar la fuerza centrífuga para separarlas, haciendo que la fase sólida sedimente. Ej.: secarropas.

  • CRISTALIZACIÓN: consiste en un calentamiento suave, que hace que se evapore sólo el solvente y no el soluto. Ej.: agua de sal.

  • SEDIMENTACIÓN: sirve para separar un material indisoluble de un solvente, de manera que éste decante al fondo del recipiente. Ej.: agua con tierra.


Diferencias entre:

EL PUNTO DE EBULLICIÓN: es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido iguala la presión atmosférica. La presión de vapor es la presión que generan las moléculas sobre la superficie del líquido mientras se van evaporando, por lo tanto mayor es la presión del exterior, más hay que calentar, y mayor es la temperatura de ebullición del líquido. El punto de ebullición depende de la presión atmosférica y de la naturaleza interna de la sustancia.

LA EVAPORACIÓN: todos los líquidos se evaporan siempre, agreguemos o no calor.

LA VAPORIZACIÓN: es la evaporación cuando se aplica calor.

MÉTODO DE FRACCIONAMIENTO: se divide el mismo sistema en partes iguales sin alterar sus fases o componentes.

MÉTODO DE SEPARACIÓN: separa en fases alterando la homogeneidad/ heterogeneidad del sistema.
CUERPO PURO: no posee contaminantes (no hay mezcla)

SOLUCIÓN: mezcla homogénea de sustancias, hay una sola fase.
CUERPO PURO SIMPLE: sin impurezas y con un solo elemento.

ELEMENTO: está en la tabla periódica. Es la representación atómica de cada especie química que posee características propias.

Los sistemas heterogéneos se conocen también con el nombre de dispersiones. Éstas tienen:

    • una fase dispersante: la que ocupa mayor volumen  continente

    • una fase dispersa: la que está en menor proporción  contenido.

Estas fases no siempre se distinguen a simple vista.

Una dispersión puede ser:

  • GROSERA: cuando el tamaño de las partículas en cuestión es variante y la forma es irregular. Ej: el agua con tierra o con arena gruesa. En ellas las partículas se mantienen en suspensión al agitar el sistema, mientras que si dejamos el sistema en reposo las partículas van a sedimentar. Una buena manera de separar una dispersión grosera es por SEDIMENTACIÓN.

  • FINA: el tamaño de las partículas es menor y todas las partículas son regulares en su tamaño. Ej: agua y tierra o arena fina. Las partículas quedan suspendidas por más tiempo. Un modo ideal de separarlos es por FILTRACIÓN.

Éstas son mezclas heterogéneas donde las partículas dispersas son grupos de numerosas moléculas (más de 109 átomos por partícula)

  • COLOIDALES: es una mezcla heterogénea, cuyas partículas dispersas tienen un tamaño de entre 103 y 109 átomos

Sus partículas se llaman coloides y permanecen en suspensión dándole aspecto homogéneo a la dispersión, aunque es heterogénea. Los sistemas coloidales pueden formarse por la combinación entre sólidos, líquidos y gases, excepto la combinación de gas- gas que siempre constituye una solución verdadera.
Para saber si un sistema es homogéneo o heterogéneo se usa la prueba de Tyndall, que consiste en iluminar el sistema con un haz de luz de manera que si el sistema es homogéneo la luz pasa sin haber ningún cambio, si no las partículas se iluminan.

Si el sistema es homogéneo  prueba de Tyndall negativa

“ “ “ “ heterogéneo  prueba de Tyndall positiva.

Se cumple cuando el coloide es sólido y la fase dispersante es líquida.
Si salimos de la categoría de dispersiones, entramos en la de soluciones verdaderas, que son mezclas homogéneas donde las partículas dispersas tienen un tamaño inferior a los 103 átomos, y no pueden filtrarse ni sedimentan.

Éstas tienen dos o más componentes:

    • el componente en mayor proporción  SOLVENTE O DISOLVENTE

    • el componente en menor proporción  SOLUTO O DISOLUTO.

TIENEN TYNDALL NEGATIVO.

Para separar mezclas homogéneas se usan los siguientes métodos:

DESTILACIÓN SIMPLE O FRACCIONADA:

Se usa para purificar, para separar fases o componentes de distintas sustancias. Ej.: petróleo.

Dos o más líquidos miscibles se pueden separa cuando tienen distinto punto de ebullición. Cuanto más lejanos son esos puntos de ebullición más fácil es aplicar la destilación. Ej.: agua (100ºC), alcohol (78ºC)

En un equipo básico de destilación, si uno de los componentes tiene un punto de ebullición menor que el resto, al calentar la solución se desprenderán primero sus vapores, que pueden condensarse otra vez cuando entran en contacto con un refrigerante.
Otro método es la ÓSMOSIS INVERSA:

Es un proceso por el cual se puede obtener agua pura a partir de agua mezclada con otras sustancias. Esto se logra invirtiendo el proceso de ósmosis natural (pasaje de agua de un lugar de mayor concentración a uno de menor, a través de una membrana semipermeable).

Para ello hay que vencer la presión osmótica natural, mediante la aplicación en sentido contrario de una presión mayor (25 atmósferas). De este modo se generan dos corrientes:

* una que atraviesa la membrana, y queda libre de sólidos disueltos y microorganismos: producto o permeado

* otra que se va concentrando en esos mismos productos, sin que lleguen a depositarse en la membrana: concentrado

La membrana que utiliza es de una 10 millonésima parte del grosor de un cabello) y como trabaja a nivel molecular elimina la mayoría de los contaminantes (casi un 99%)

Este proceso se utiliza en cualquier tipo de agua (de mar, de río, de pozo), pasando el agua del lugar más contaminado a la zona más diluida.
ÓSMOSIS DIRECTA O ESPONTÁNEA: ÓSMOSIS INVERSA:


Agua agua con Agua Agua con

Pura sales pura Sales



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