Introdução à Química: Estados e Propriedades

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Introducción a la química
Definimos química como ciencia que estudia las transformaciones conjuntas de la materia y la energía, por lo tanto definimos materia como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee un peso y un volumen; y energía como la capacidad de producir trabajo. Para poder explicar las diferencias entre la física y la química, puesto que ambas trabajan con procesos en los que interviene la materia y la energía, se debe mencionar las características fundamentales de un proceso físico y un proceso químico. Un proceso físico es siempre reversible y no cambia la clase de materia (sustancia), en cambio, en un proceso químico las sustancias reaccionantes son diferentes al producto de la reacción, evidentemente se cambia la clase de materia y estos no son separable por procesos físicos.
Estados de agregación.
La materia, por lo menos en la tierra, se encuentra en 3 estados de agregación a continuación los definiremos según sus características macroscópicas:
· Solido: posee forma y volumen propio. Fa > Fr.
· Liquido: posee volumen propio, pero adopta la forma del recipiente. Fa ̴Fr.
· Gaseoso: adopta la forma y el volumen del recipiente que lo contiene. Fa < Fr.
Bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, la materia puede cambiar de un estado de agregación a otro. A este pasaje se lo denomina cambio de estado:
Propiedades de la materia
Algunas de las propiedades de la materia son la masa, volumen, peso, etc. y estos se clasifican en:
· Intensivas: son aquellas propiedades de la materia que no dependen la cantidad de materia que se use para medirlas, ej.: punto de fusión, punto de ebullición, etc.
· Extensivas: son aquellas propiedades de la materia que si dependen de la cantidad de materia que use para medirlas, ej.: peso, volumen, etc.
Sistema material.
Llamamos sistema material a un cuerpo o a una parte de un cuerpo que se aísla para su estudio, recordemos que un cuerpo material no es más que una porción de masa con forma definida. Por otro lado llamamos medio ambiente a todo aquello que rodea a este sistema. Según como intercambia materia y energía se lo clasifica en:
· Abierto: intercambia tanto materia como energía
· Cerrado: solo intercambia energía.
· Aislado: no intercambia materia ni energía.
Además los podemos clasificar según sus propiedades intensivas:
· Homogéneo: presenta los mismos valores de sus propiedades intensivas en cualquier punto en el que se lo mida.
· Heterogéneo: está conformado por fases, a su vez las fases están divididas por interfaces. Cada fase presenta los mismos valores de sus propiedades intensivas en cualquier punto en el que se lo mida, como si fue un sistema homogéneo, pero que difiere con las de las otras fases. Los cambios suelen ser bruscos.
· Inhomogéneo: los valores de sus propiedades intensivas varían gradualmente.
Sistemas heterogéneos.
Los sistemas heterogéneos son mesclas o dispersiones heterogéneas. Dependiendo del tamaño de sus partículas, encontramos 2 tipos de sistemas: aquellos que son detectables a simple vista, las dispersiones groseras y aquellas que solo son detectable bajo la lupa del microscopio, las dispersiones coloidales. Por otro lado si el numero de fases es 2, una de ella levara el nombre de fase dispersa y la otra el nombre de fase dispersante. Cada fase se puede encontrar en cualquiera de los 3 estados de agregación, por lo que hay diversas combinaciones, hay que tener en cuenta que no existe un sistema heterogéneo conformado por fases gaseosas, puesto que toda mescla de gas siempre es homogénea.
Una mescla resulta ser una unión no muy intima de diferentes sustancias y de proporciones variables, por lo que con los mismos componentes habrá diferentes mesclas con distinta composición. Puesto que no ocurre una reacción química, que cambia la clase de materia, las fases se podrán separar por diversos métodos mecánicos simples:
· Separación de fases solida-solida:
· Magnética.
· Flotación.
· Tamización.
· Disolución fraccionada.
· Separación de fases liquida-solida:
· Sedimentación.
· Centrifugado.
· Filtración.
· Decantación.
· Separación de fases liquida-liquida:
· Ampolla de decantación.
· Separación de fase gaseosa-liquida, gaseaos-solida:
· Reacciones química.
· Absorción.
Sistema homogéneo.
Recordemos que un sistema homogéneo puede ser una sustancia o bien una solución. Una solución es una mescla homogénea a nivel molecular formada por dos o más sustancias, con proporciones variable dentro de cierto limites, esto implica, que habrá soluciones con igual par st-sv pero con distintas concentración. Llamaremos concentración de una solución a la relación entre soluto y solvente o bien soluto y solución. Se puede expresar de la siguiente manera:
· % m/m = 1g st / 100g sn
· % m/v = 1g st / 100cm^3 sn
· % v/v = 1 cm^3 st / 100 cm^3 sn
· % m/L = 1g st / 1L sn
· Ppm = 1g st = 1000000 sn
Las soluciones más comunes suelen ser las soluciones binarias liquidas, conformadas por un soluto (menos proporción) y un solvente (mayor proporción).
· Solución diluida: es aquella solución en la que la cantidad de soluto en pequeña comparada con la cantidad que soluto que puede disolver el solvente.
· Solución concentrada: es aquella solución que posee una importante cantidad de soluto para esa cantidad de solvente.
· Solución saturada: es aquella solución que contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolver esa cantidad de solvente a esa temperatura.
· Solución sobresaturada: es una solución en la cual la concentración de soluto es mayor que la que la que le corresponde a una solución saturada. Se puede lograr de diversas maneras, ej.: bajando repentinamente la temperatura.
Se dice que una solución está en equilibrio cuando no cambia la composición de la misma. Se puede clasificar según:
· Su movimiento:
· Equilibro estático: es cuando las partículas se encuentran siempre en el mismo lugar.
· Equilibro dinámico: ocurre cuando las partículas se intercambian con igual velocidad y cantidad, con el soluto en exceso, manteniendo así el número de partículas.
· Según su estabilidad:
· Equilibro estable: la solución vuelve al punto de estabilidad si es que a esta se la ha corrido del mismo.
· Equilibro inestable: si se corre del punto de estabilidad a la solución la misma se aleja cada vez más.
· Equilibro indiferente: la solución estable como nuevo punto de equilibro aquel a la que se la ha corrido.
· Según sus fases:
· Equilibro homogéneo: la estabilidad se presenta en una sola fase.
· Equilibro heterogéneo: la estabilidad se presenta en diversas fases.
· Según la especie:
· Equilibro Molecular.
· Equilibro Iónico.
Solución saturada.
Es aquella solución que es encuentra en equilibro estable y dinámico con el soluto en exceso. Dar la solubilidad de un soluto en un solvente a una determinada temperatura (a veces hay que especificar la presión) es dar la concentración de la solución saturada:
· Solubilidad de sólidos en líquidos: en general aumenta al aumentar la temperatura.
· Solubilidad de gases en líquido: aumenta al aumentar la presión y disminuye al aumentar la temperatura.
Métodos de fraccionamiento.
· Destilación.
· Solidificación fraccionaria.
· Fusión fraccionada.
· Extracción por solvente.
· Cristalización fraccionada.
Sustancia.
Es una porción de materia que comparte determinadas propiedades intensivas. Se denomina alotropía a la propiedad que tiene algunos átomos para formar diferentes sustancias simples.
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