SISTEMAS MATERIALES

Se denomina  MATERIA  a  todo  lo que  forma  los distintos objetos o  cuerpos que nos rodean, ya sean inertes o seres vivos. La materia se caracteriza por ocupar un lugar en el espacio (tiene volumen) y por poseer masa.

Denominamos material a las distintas “clases de materia” que podemos encontrar. Por lo tanto   puede   haber   un  mismo   cuerpo   formado   por   distintos  materiales,   o   diversos   cuerpos formados por un mismo material.
Ya debes conocer   que   la  materia   puede   presentarse   en   tres   distintos  estados   de agregación. Dichos estados de agregación son: sólido, líquido y gaseoso.

Debemos  aclarar  que algunos  autores  utilizan el  nombre de  sublimación  tanto para el cambio de estado gaseoso a sólido como de sólido a gaseoso.  Además  la palabra vaporización involucra tanto cuando el cambio ocurre a nivel de la superficie (evaporación) como cuando ocurre en todo el seno del líquido (ebullición).

Los   puntos   de   fusión   y   ebullición   son   propiedades   características   porque  mientras   se produce el cambio de estado de agregación la temperatura no cambia. Toda la energía que se pueda entregar  es utilizada para el  cambio de estado y no para aumentar   la  temperatura del sistema. Por eso cuando se calienta agua a una presión de una atmósfera, la temperatura se eleva hasta   llegar  a   100 ºC,   que   es   el   punto   de   ebullición   normal,   y   cuando   el   agua   hierve   esa temperatura se mantiene constante hasta que toda el agua pasó al estado gaseoso.
La  materia   presenta   distintas   propiedades.   Esas   propiedades   se   pueden   clasificar   en intensivas y extensivas.

Denominamos  SISTEMA MATERIAL  a  la parte del  Universo que es objeto de nuestro estudio. Dicho sistema material se separa del resto del universo para su estudio, ya sea en forma real o imaginaria.
Los sistemas materiales se pueden clasificar de diferentes formas. Si se clasifican según sus propiedades pueden ser homogéneos o heterogéneos.
Las partes de un sistema heterogéneo en las cuales una propiedad intensiva presenta el mismo valor se denominan fases. Por lo tanto un sistema heterogéneo presenta más de una fase y un sistema homogéneo presenta una única fase. En un sistema heterogéneo existe un cambio abrupto entre una fase y otra, con un límite bien definido. Ese límite entre las distintas
fases es lo que se denomina interfase.
Por  supuesto,  el  que un sistema pueda verse como homogéneo depende del   límite de apreciación. Un sistema que a simple vista puede parecer homogéneo, como la leche o la sangre,
al verlo al microscopio se ve como un sistema heterogéneo. Por eso el límite que se toma para decidir si un sistema es homogéneo o heterogéneo no es lo que se puede ver a simple vista sino el límite visible al  microscopio.  La  leche y  la sangre son sistemas heterogéneos,  por  más que a simple vista parezcan homogéneos.

Un concepto que   suele   traer   dificultades es   que  cada   interfase  no   determina necesariamente una   fase.  Pueden existir  numerosas interfases   y   solamente dos   fases.  En un sistema formado por aceite y agua, el aceite puede formar muchas gotas, cada una de las cuales determina   una interfase,   pero   existen   solamente   dos   fases,   porque   los   valores   para   las propiedades  intensivas en cada una de  las gotas son  los mismos,  y  todas  las gotas de aceite forman una única fase. La segunda fase está formada por el agua.

¿Cómo   podemos   saber  si   un   sistema  material   está   formado   por   un   único componente o por más? La forma de poder saberlo es tratar de separar esos componentes por métodos de separación. Los métodos de separación son métodos físicos.

Si   intentamos   separar   los   componentes   de   un   sistema   y   logramos   una   separación, podemos  asegurar  que dicho  sistema   tiene más  de un  componente.  Si  por  muchos  métodos posibles no logramos una separación, podemos suponer razonablemente (pero no asegurar) que ese sistema tiene un único componente. Para asegurar que existe un único componente se deben utilizar además otros métodos de análisis.
Por lo tanto una sustancia pura no se puede separar por métodos físicos y su composición es   constante,   está   caracterizada   por   una   fórmula   química   definida.  Una   sustancia   pura   está caracterizada por  sus propiedades  intensivas,  cuyos valores son constantes si  se miden en  las mismas condiciones experimentales.
Otra forma de clasificar los sistemas materiales es según el número de sus componentes: si el sistema tiene un único componente será una sustancia pura, y si tiene más de un componente será una mezcla.

Las soluciones son mezclas, pero son sistemas homogéneos. Es un tipo especial de mezcla, cuyas propiedades pueden ser  muy diferentes a  las de  sus   componentes.  Como en  cualquier mezcla su composición es variable, y para tener correctamente determinado el sistema se debe conocer dicha composición.
La   forma  más   común de  expresar   la   composición de una  mezcla   es   la  composición centesimal. Ésta es el porcentaje en masa de cada componente de la mezcla, o sea la cantidad de gramos de cada componente por cada 100 g de mezcla.

Las   sustancias   puras   pueden   clasificarse   en   simples   o   compuestas.   Las   sustancias compuestas   pueden   descomponerse   por   transformaciones   químicas   en   otras   sustancias  más sencillas. Las sustancias simples no pueden descomponerse por ningún método químico.

Debés tener claro que una sustancia compuesta no es una mezcla, un compuesto es una sustancia pura, no puede separarse por métodos físicos y tiene una fórmula química definida  y está  caracterizada por   sus  propiedades  intensivas.  Una mezcla está  formada por  más de una sustancia pura y tiene composición variable. Por ejemplo, el agua no es una mezcla formada por el gas   oxígeno   y   el   gas   hidrógeno,   es   una   sustancia   totalmente   diferente,   con   propiedades totalmente diferentes. En una mezcla de gas oxígeno y gas hidrógeno cada uno de ellos, que son dos sustancias diferentes siguen conservando sus propiedades características.

Tanto  las sustancias simples como  las compuestas están constituidas por   los  elementos químicos. Las sustancias simples están formadas por un solo elemento, y las sustancias compuestas o compuestos están formadas por más de un elemento.

MÉTODO DE SEPARACIÓN DE FASES
 
Son métodos mecánicos que se aplican a la separación de fases en un sistema heterogéneo. 
 
a) TAMIZACIÓN:  Se aplica para sólidos con partículas de diferente tamaño Ej. Papel y arena
 
b) SEPARACIÓN DIRECTA: Para sólidos donde uno de ellos tiene partículas de gran tamaño y es posible separarla con una pinza o con la mano. Ej. Hierro y madera
 
c) FLOTACIÓN: Para sólidos de baja densidad que en un medio líquido se va a la superficie.  Ej. Agua y papel 
 
d) DISOLUCIÓN: Para sólidos donde uno de ellos es soluble. Ej. Agua y Sal 

e) FILTRACIÓN: Para sólidos NO solubles en el líquido. Ej. Agua y azúcar
 
f) EVAPORACIÓN:  Aplicable cuando queremos eliminar un líquido del sistema. Ej. Alcohol y hierro
 
g) CENTRIFUGACIÓN: Para líquidos de distinta densidad en sólidos que se encuentran en suspensión  y por fuerza centrífuga lo más denso (pesado) va al fondo. Ej. Agua y papel 
 
h) INMANTACIÓN:  Por medio de un imán en caso de ser hierro uno de sus componentes.
Ej. Hierro y corcho
 
i) LEVIGACIÓN: Consiste en arrastrar partículas sólidas de baja densidad por corriente agua o de aire. (Impuresas, polvo, etc)           

• Arena (Sólido)

• Grava (Sólido)

• Coloca en un vaso de precipitado arena y luego le agregamos grava.
• Después mezclar los dos componentes con una varilla.
  DESCOMPOSICIÓN:
  Proceso a utilizar: Tamización
  Procedimiento:
• Colocar un tamiz (alambre tejido) sobre un recipiente vacío.
• Volcar sobre el mismo el sistema material (arena y grava) y sacudirlo.
  Observación:
  La arena, al tener partículas más finas que los aujeritos del tamiz, se escurrirá por los mismos, pasando al recipiente de abajo. La grava se separará de la arena porque no podrá pasar por esos huecos, ya que a diferencia de la arena, sus partículas son más grandes que dichos agujeros.
  Conclusión:
  El tamaño de las partículas permitió que el sistema heterogéneo, grava y arena, sea descompuesto por Tamización.
  Segundo Sistema
  Formado por dos fases:
  • Azufre molido (Sólido) Partículas sólidas más pequeñas
  • Limadura de Hierro (Sólido) que las del sistema anterior.
  Es un sistema heterogéneo ya que está formado por dos fases (azufre molido y limadura de hierro) y dos componentes, que se diferencian por su color, pero no por eso pueden separarse.
  composición: ¿cómo realizar este sistema?
• Coloca el azufre molido sobre un cristalizador y luego agregarle la limadura de hierro.
• Mezclar los dos componentes con una varilla.
  DESCOMPOSICIÓN:
  Proceso a utilizar y Procedimiento de cada uno:
  • Separación magnética (imantación, es el más efectivo)
• Pasar un imán por sobre el sistema.
• Despegar del imán las limaduras de hierro que ha quedado imantadas.
  Observación:
  Al pasar el imán por sobre el sistema, este atrae solo la fase magnética del mismo (las limaduras de hierro). El azufre en polvo queda en el cristalizador por su característica de antimagnetismo.
  Conclusión:
  La diferencia de las fases del sistema con respecto a que una era magnetizable y la otra no permitió que este sistema heterogéneo se pueda descomponer.
  • Venteo
  Soplar en la superficie del cristalizador para que el azufre, que posee menor peso específico que el hierro, se vuele.
  Observación:
  La limadura de hierro queda en el cristalizador y el azufre en polvo se vuela por poseer menor peso específico. Realizando este proceso de separación una de las fases se “pierde” (azufre) y la otra queda (limaduras de hierro).
  • Filtración
• Verter el sistema en un vaso de precipitado con agua (formando un sistema heterogéneo de tres fases).
• Dejar que la limadura de hierro precipite, ya que tiene mayor peso específico que el agua, al contrario del azufre, que flotara.
• Volcar poco a poco el agua con el azufre en un aparato de filtración, cuidando que el hierro permanezca en el vaso de precipitado.
• Después realizar una segunda filtración, que separará el resto del agua de la limadura de hierro.
  Observación:
  Con este proceso se separan las dos faces, primero se le agrega agua al sistema, luego se le separa el azufre del mismo y después se separa la limadura de hierro. Este proceso es muy largo debido a que se deben hacer dos filtraciones.
  • Levigación
  Volcar el sistema en un vaso de precipitado y agregarle agua poco a poco.
  Observación:
  El azufre, de menor peso específico que el hierro, flotará y se saldrá del vaso cuando este se rebalse. El hierro precipitará.
  Conclusión:
  En los procesos de venteo, filtración y levigación, la diferencia de las fases del sistema con respecto a su peso especifico (peso/volumen) permitió que este sistema heterogéneo se pueda descomponer.
  Tercer Sistema
  Formado por dos fases:
  • Arena (Sólido no soluble)
  • Agua (Líquido)
  Es un sistema heterogéneo, sistema disperso grueso (porque las partículas de arena son de gran tamaño, visibles), ya que está formado por dos fases (agua y arena) y dos componentes, que se diferencian por su estado, uno es líquido (agua) y el otro sólido (arena) y su peso específico (agua=1gm/cm3; arena=2,6gm/cm3).
  composición: ¿cómo realizar este sistema?
• Colocar agua en un vaso de precipitado y agregarle arena.
• Después mezclar los dos componentes con una varilla.
  DESCOMPOSICIÓN:
  Proceso a utilizar: Filtración
  Procedimiento:
  Volcar el sistema en el embudo del aparato de filtración.
  Observación:
  La arena quedará en el filtro, ubicado dentro del embudo, y el agua pasará al vaso de precipitado que se encuentra abajo el embudo.
  Conclusión:
  La diferencia de estado y que la arena no se disolvió en el agua (no es soluble), permitió que el agua pase por el filtro y la arena no. Así el sistema heterogéneo, agua y arena, pudo ser descompuesto por Filtración.