Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

TEMA II: NOCIONES FUNDAMENTALES

a) Materia, energía y cambios. Propiedades y estados de la materia. El modelo de partículas. Propiedades de sólidos, líquidos y gases: estudio comparativo. Densidad. Peso específico. Unidades.Energía: concepto, propiedades, unidades, fuentes y formas. Uso racional de la energía. Transformaciones físicas y químicas: aspectos energéticos. Procesos endergónicos y exergónicos.b) Los sistemas materiales: clasificación. Fases y componentes. Técnicas de separación de fases y de fraccionamiento. Composición centesimal. Sustancias puras y soluciones. Sustancias simples y compuestas. Elemento químico: antecedentes y evolución del concepto, clasificación, propiedades. Alotropía. Macro y microelementos. Clasificación periódica: antecedentes, principales características. Ventajas y dificultades.-

DESARROLLO DE LA UNIDAD PARTE A MATERIA, ENERGÍA Y CAMBIOS.

QUÍMICA

“Es la ciencia que describe la materia, sus propiedades físicas y químicas, los cambios químicos y físicos que sufre y las variaciones de energía que acompañan a estos procesos.”

MATERIA

“La materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio”

PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA:

Masa : La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto. Peso : El peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Extensión : “Es la característica que permite a la materia ocupar un lugar en el espacio. Impenetrabilidad : Propiedad que hace que un cuerpo no pueda ocupar el espacio de

otro, al mismo tiempo. Porosidad : Es la presencia de espacios entre las partículas que conforman la materia. Divisibilidad : Característica que permite a la materia dividirse en partes mas

pequeñas. Inercia : Característica que permite a la materia moverse o dejar de hacerlo, sin la

intervención de una fuerza. Elasticidad : Propiedad que permite a la materia recuperar su forma y tamaño original

al dejar de aplicar una fuerza.

MODELO DE PARTÍCULAS

La ciencia actual basa todos sus conocimientos en la hipótesis de que la materia está formada por pequeñas partículas, llamadas átomos, moléculas o iones, lo cual recibe el nombre de “modelo de partícula” y da el fundamento a toda la Teoría Cinética de la materia. A través de este modelo se pueden explicar perfectamente todos los hechos experimentales conocidos hasta hoy. Por eso, en este momento científico, el modelo es válido .la materia está formada por partículas, tan pequeñas que no se pueden apreciar a simple vista. y se encuentra basado en los siguientes supuestos:

Toda la materia está compuesta por partículas pequeñísimas en continuo movimiento.

P á g i n a / 1Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Un incremento en la temperatura origina un aumento de la energía de las partículas. El tamaño de estas partículas es muy pequeño comparado con la distancia que existe

entre ellas. Las partículas se mueven en todas las direcciones, tanto más deprisa cuanto mayor es

la temperatura. En el caso de un gas chocan continuamente contra las paredes del recipiente que las contiene. El resultado de estos choques es la presión gaseosa.

ESTADOS DE LA MATERIA:

La materia puede clasificarse en tres estados, aunque la mayoría de nosotros puede pensar en ejemplos que no ajustan netamente a ninguna de las tres categorías.

El estado sólido: En el estado sólido, las sustancias son rígidas y tienen forma definida. Los volúmenes de los sólidos no varían mucho con los cambios de temperaturas y presión. Las partículas están muy próximas, aunque hay huecos entre ellas. Las fuerzas mantienen unidad las partículas en posiciones fijas, aunque vibran en torno a esa posición. En muchos sólidos, llamados sólidos cristalinos, las partículas individuales que constituyen el sólido ocupan posiciones definidas en la estructura cristalina. Las fuerzas de interacción entre las partículas individuales determinan la dureza y la resistencia de los cristales

El estado líquido: En el estado líquido, las partículas individuales están confinadas en un volumen dado. Un líquido fluye y adopta la forma del recipiente en el que esta contenido. Los líquidos son muy difíciles de comprimir. Entre las partículas del líquido hay fuerzas de atracción de relativa intensidad, por lo cual no se mueven con absoluta libertad y es posible percibir una superficie o nivel.

P á g i n a / 2Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

El estado gaseoso: Los gases son muchos menos densos que los líquidos y los sólidos. Ocupan todo el recipiente en el que están contenidos. Los gases pueden expandirse hasta el infinito y se comprimen con facilidad. Se concluye que consisten fundamentalmente de espacios vacío; es decir, las partículas individuales están muy separadas. Las fuerzas de atracción son muy débiles y las partículas se mueven en todas las direcciones, chocando con las paredes del recipiente.

CAMBIOS DE ESTADO DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA

Son los procesos en los que un estado de la materia cambia a otro manteniendo una semejanza en su composición. A continuación se describen los diferentes cambios de estado o transformaciones de fase de la materia:

Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio del calor; durante este proceso endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia. Cuando dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Un ejemplo podría ser un hielo derritiéndose, pues pasa de estado sólido al líquido.

Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento; el proceso es exotérmico. El "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión continuar calentándose el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se pasa de forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación.

P á g i n a / 3Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina Sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

SUSTANCIA

Una sustancia es una forma de materia que tiene una composición constante o definida y propiedades distintivas.

DENSIDAD

En química y física, la densidad (del latín densĭtas, -ātis) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. Usualmente se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

Unidades

Las unidades de medida más usadas son: En el Sistema Internacional de Unidades (SI): Kilogramo por metro cúbico (kg/m³). Gramo por centímetro cúbico (g/cm³). Kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. La densidad del agua es

aproximadamente 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³ = 1 g/mL). Gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³). Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro

(g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:

PESO ESPECÍFICO

P á g i n a / 4Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Se le llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.Su expresión de cálculo es:

Siendo:, el peso específico;, el peso de la sustancia;, el volumen de la sustancia;, la densidad de la sustancia;, la masa de la sustancia;

, la aceleración de la gravedad.

Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se expresa en newtons por metro cúbico: N/m3.

En el Sistema Técnico se mide en kilogramos fuerza por metro cúbico: kgf/m3. En el SIMELA se expresa en newtons por metro cúbico: N/m3. Como el kilogramo fuerza representa el peso de un kilogramo en la Tierra, el valor

numérico de esta magnitud, expresada en kgf/m3, es el mismo que el de la densidad, expresada en kg/m3.

Por ende, está íntimamente ligado al concepto de densidad, que es de uso fácil en unidades terrestres, aunque confuso según el SI. Como consecuencia de ello, su uso está muy limitado. Incluso, en física resulta incorrecto.

Ley de conservación de la materia ley de Lavoisier

No hay cambio observable en la cantidad de materia durante una reacción química o una transformación física. Es decir en una reacción química ordinaria, la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos

ENERGÍA

La energía se define como la capacidad de realizar un cambio

Unidades de medida de energía

La unidad de energía definida por el Sistema Internacional de Unidades es el julio, que se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton en un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza, es decir, equivale a multiplicar un Newton por un metro. Existen muchas otras unidades de energía, algunas de ellas en desuso

NOMBRE ABREVIATURAEQUIVALENCIA EN

JULIOS

Caloría Cal 4,1855

Frigoría Fg 4185,5

Termia Th 4 185 500

P á g i n a / 5Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Kilovatio hora kWh 3 600 000

Caloría grande Cal 4185,5

Tonelada equivalente de petróleo Tep 41 840 000 000

Tonelada equivalente de carbón Tec 29 300 000 000

Electronvoltio eV 1,602176462 × 10-19

British Thermal Unit BTU o BTu 1055,05585

Caballo de vapor por hora2 CVh 3,777154675 × 10-7

Ergio Erg 1 × 10-7

Pie por libra (Foot pound) ft × lb 1,35581795

Foot-poundal 3 ft × pdl 4,214011001 × 10-11

LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

La energía no puede crearse ni destruirse en una reacción química o un proceso físico. Solo pueden convertirse de una forma a otra.

LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA Y LA ENERGÍA

La cantidad combinada de materia y energía en el universo es fija

La materia puede convertirse en energía. En las reacciones nucleares la materia se transforma en energía. La relación entre materia y energía, esta dada por la ahora famosa ecuación de Albert Einstein

LA ENERGÍA: FORMAS Y FUENTES

La energía es la magnitud física por la que los cuerpos tienen capacidad para realizar transformaciones en ellos mismos o en otros cuerpos.

FORMAS DE ENERGÍA

Si observamos a nuestro alrededor nos damos cuenta de que existen distintas formas de energía:

Energía mecánica:

La poseen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento (cinética), por encontrarse a cierta altura sobre la superficie de la tierra (potencial) o por la deformación que han experimentado (elástica).

Energía eléctrica:

La posee la corriente eléctrica. Se produce en grandes instalaciones, denominadas centrales eléctricas, por medio de generadores eléctricos. También se produce en una pila seca o en un acumulador.

P á g i n a / 6Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Energía Nuclear

Procede de las reacciones nucleares de fusión y de fisión. En ellas, parte de la masa de los núcleos se convierte en esta forma de energía.

Energía Térmica

Es la forma de energía que fluye de un cuerpo a otro cuando entre ellos existe una diferencia de temperatura. Produce efectos como variaciones de temperatura, cambios de estado o dilataciones.

Energía Química

La poseen todos los compuestos existentes en la naturaleza, debido a la energía de sus enlaces. Se pone de manifiesto en las reacciones químicas que se producen tanto en la materia inerte como en los seres vivos.

Energía Radiante

Es la que posee una radiación electromagnética. La energía solar es la más importante, pues de ella procede la mayor parte de la energía de que dispone la Tierra.

FUENTES DE ENERGÍA

Las fuentes de energía son los distintos recursos que existen en la naturaleza de los que el ser humano puede obtener energía utilizable en sus actividades. Las más importantes son:

Fuentes de energía no renovables

Existen en la Tierra en una cantidad limitada, y por tanto, pueden agotarse si son utilizadas masivamente.

El Carbón

Esta roca sedimentaria se utiliza como combustible en industrias metalúrgicas y centrales térmicas.

El Petróleo

A partir de esta mezcla de hidrocarburos se obtiene actualmente la mayor parte de la energía.

El gas natural.

Tiene un gran poder calorífico, es limpio y poco contaminante.

Los materiales fisionables y fusionables

En las reacciones nucleares de fusión y de fisión se libera gran cantidad de energía.

Fuentes de energía renovables

Pueden considerarse prácticamente inagotables debido a que se renuevan de forma continua.

P á g i n a / 7Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

El agua embalsada

Por estar retenida a gran altura posee energía potencial gravitatoria que se puede convertir en cinética y ésta en eléctrica.

El viento

En las centrales eólicas los aerogeneradores transmiten la energía del viento a un generador eléctrico.

El sol

Sus radiaciones electromagnéticas son absorbidas por las placas solares que se utilizan para calefacción o para obtener electricidad.

El agua del mar

Las centrales mareomotrices y olamotrices aprovechan el movimiento del agua para producir electricidad.

La Biomasa

La materia orgánica no fosilizada se utiliza de forma directa como combustible o a través de diversos procesos.

El calor interno de la tierra.

Las fuentes termales, las fumarolas o los géiseres son manifestaciones de la energía geotérmica del planeta. Una de las características fundamentales de la energía es su capacidad de transformación de unas a otras. En todas estas transformaciones la energía cambia de forma, pero la cantidad global de energía se mantiene constante, como afirma el principio de conservación de la energía. Sin embargo, en cada transformación la energía pierde capacidad para realizar nuevas transformaciones.

USO RACIONAL DE LA ENERGÍA

El uso racional de la energía eléctrica es el uso consciente para utilizar lo estrictamente necesario. Esto lleva a maximizar el aprovechamiento de los recursos naturales que en la actualidad comienzan a escasear en todo el mundo.En casi todos los países del mundo, en particular en su sector energético se vienen implementando políticas de uso racional de la energía eléctrica ya que la población y el consumo crece a gran velocidad generando la saturación de las líneas de distribución y los riesgos de desabastecimiento eléctrico.Según estimaciones de Agencia Internacional de la Energía, el uso racional de la energía tanto a nivel domiciliario como a nivel industrial implicaría un ahorro en el consumo del 15 al 20%. Este ahorro prorrogaría el agotamiento de los recursos no renovables utilizados en la generación de electricidad, permitiendo a los países encarar obras y devolverle al sistema su adecuado funcionamiento.La principal estrategia en la actualidad para hacer un uso racional de la energía consiste en la demanda con una canasta energética en el cual las energías renovables tienen un importante peso. Esto con el fin de colaborar con la mitigación del cambio climático y reducir la dependencia de combustibles fósiles. Desde ya esto varía con cada país, sus políticas y su

P á g i n a / 8Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

compromiso ambiental. Mientras países como Alemania, Austria, España invierten fuertemente en renovables otros lo hacen de manera moderada y otros de forma simbólica.

TRANSFORMACIONES FÍSICAS Y QUÍMICAS

Los cambios que experimentan las substancias son de dos clases, físicos y químicos.

Transformaciones físicas

Un cambio físico modifica algunas propiedades de la substancia pero no, hay motivos para suponer que se ha formado una nueva. Por el contrario, en los cambios químicos, conocidos como reacciones, tiene lugar una modificación profunda de todas las propiedades del cuerpo, lo que obliga a suponer que se ha formado una nueva substancia. No existe una delimitación absoluta entre estas dos clases de transformaciones, pues hay diversos procesos que adquieren una significación intermedia.Si se electriza un pedazo de cobre, se imanta un trozo de hierro, se calienta una cierta masa de azufre o se comprime un volumen determinado de cloro, las propiedades físicas de estas substancias varían tan sólo en lo que respecta a la modificación producida y en una extensión que depende de ella, pero las propiedades químicas de estas substancias permanecen inalteradas; ha tenido lugar en cada caso un fenómeno físico. Si se llega a fundir el pedazo de azufre o si el cloro se licua, las propiedades físicas cambian totalmente pero el comportamiento químico del azufre fundido o el del cloro líquido es el mismo que el del azufre sólido o el del cloro gaseoso, por lo que el proceso de fusión o el de licuación es también un cambio físico que afecta únicamente al estado de agregación de la substancia correspondiente. En cambio, si se calienta óxido mercúrico, polvo rojo, en un tubo de ensayo, se desprende oxígeno y en la parte superior del tubo se condensa mercurio en forma de minúsculas gotas; ha tenido lugar un cambio químico.Una propiedad física se puede medir y observar sin modificar la composición o identidad de la sustancia

Diferencia entre los procesos físicos y químicos

Los cambios químicos van acompañados por una modificación profunda de las propiedades del cuerpo o cuerpos reaccionantes; los cambios físicos dan lugar a una alteración muy pequeña y muchas veces parcial de las propiedades del cuerpo.Los cambios químicos tienen casi siempre carácter permanente mientras que, en general, los cambios físicos persisten únicamente mientras actúa la causa que los origina.Los cambios químicos van acompañados por una variación importante de energía mientras que los cambios físicos van unidos a una variación de energía relativamente pequeña.Así, por ejemplo, la formación de 1 g de agua a temperatura ambiente, a partir de hidrógeno y oxígeno, desprende cerca de 3800 calorías, mientras que la solidificación a hielo de 1 g de agua o la condensación a agua líquida a 100 ºC de 1 g de vapor de agua desprende tan sólo, respectivamente, cerca de 80 ó de 540 calorías. En algunos casos, tal como en la disolución del cloruro de hidrógeno gaseoso o incluso del cloruro sódico en agua o la simple dilución del ácido sulfúrico concentrado, parece difícil decidir claramente si un proceso es químico o físico, ya que ofrece aspectos de uno y otro tipo de transformaciones.

P á g i n a / 9Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Tipos de transformaciones químicas

Existen muchas transformaciones químicas, pero desde un punto de vista elemental y general pueden considerarse los siguientes tipos de reacciones:

Combinación. Es la unión de dos o más elementos o sustancias para formar un único compuesto. La unión de dos elementos para formar una sola sustancia se define por Adición

Descomposición: La descomposición química es un proceso que experimentan algunos compuestos químicos en el que, de modo espontáneo o provocado por algún agente externo, a partir de una sustancia compuesta se originan dos o más sustancias de estructura química más simple. Es el proceso opuesto a la síntesis química.

Todas las propiedades medibles de la materia pertenecen a una de dos categorías: propiedades extensivas o propiedades intensivas.Propiedades extensivas son la que dependen de la cantidad de materia considerada. La longitud, la masa y el volumen son propiedades extensivas.Propiedades intensivas son la que no dependes de cuanta cantidad de materia se considere, el color, el olor, el sabor son propiedades intensivas.

REACCIONES ENDERGÓNICAS Y REACCIONES EXERGÓNICAS

Endergónico, literalmente es un proceso de reacción química que requiere de energía para continuar; una reacción cuesta "arriba.Exergónico, relativo a una reacción química que libera energía, en reacciones cuesta "abajo".Se diferencian puesto a que exergónico libera, deprenden energía y endergónico la absorbe, consume, le requiere.El catabolismo es un proceso exergónico y el anabolismo uno endergónico.Ejemplos de ellos son:

Procesos Catabólicos: la respiración, al alimentarnos. Procesos Anabólicos: la fotosíntesis, formación de una proteína, formación de una

grasa.

DESARROLLO DE LA UNIDAD PARTE B LOS SISTEMAS MATERIALES

SISTEMA MATERIAL

Un sistema material es una porción de la materia, confinada en una porción de espacio, y que se ha seleccionado para su estudio. Se diferencia de un objeto físico en que éste tiene unos límites bien definidos, mientras los sistemas materiales no presentan límites tan precisos.Es decir se define como sistema a cualquier objeto, cuerpo o conjunto de cuerpos integrados por un gran número de partículas y separado del medio exterior también denominado universo por una superficie cerrada, que puede ser real o hipotética.Todo lo que rodea al sistema y que puede relacionarse con él, es el ambiente o universo, surge de esto que un sistema puede ser abierto, cerrado o aislado:

El sistema es abierto si intercambia materia y energía con el medio ambiente El sistema es cerrado si intercambia energía pero no materia con el medio ambiente, su

masa por lo tanto es constante El sistema es aislado si no intercambia materia ni energía con el medio ambiente

P á g i n a / 10Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

Mezcla

Una mezcla es un sistema material formado por dos o más componentes unidos, pero no combinados químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. No obstante, algunas mezclas pueden ser reactivas, es decir, que sus componentes pueden reaccionar entre sí en determinadas condiciones ambientales, como una mezcla aire combustible en un motor de combustión interna.Es la combinación física de dos o más sustancias que retienen sus identidades y que se mezclan pudiendo formar según sea el caso aleaciones, soluciones, suspensiones y coloides.Son el resultado del mezclado mecánico de sustancias químicas tales como elementos y compuestos, sin que existan enlaces químicos u otros cambios químicos, de forma tal que cada sustancia ingrediente mantiene sus propias propiedades químicas. A pesar de que no se producen cambios químicos de sus componentes, las propiedades físicas de una mezcla, tal como por ejemplo su punto de fusión, pueden ser distintas de las propiedades de sus componentes. Algunas mezclas se pueden separar en sus componentes mediante procesos físicos (mecánicos o térmicos), como ser destilación, disolución, separación magnética, flotación, tamizado, filtración, decantación o centrifugación. Los azeótroposson un tipo de mezcla que por lo general requiere de complicados procesos de separación para obtener sus componentes.Si después de mezclar algunas sustancias, éstas reaccionan químicamente, entonces no se pueden recuperar por medios físicos, pues se han formado compuestos nuevos.

Las mezclas se clasifican en:

Mezclas homogéneas Presentan la misma composición química e iguales propiedades en todos sus puntos.

Mezcla heterogénea Una mezcla heterogénea es aquella que posee una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse fácilmente. Pueden ser gruesas o suspensiones de acuerdo al tamaño. Mezclas gruesas: El tamaño de las partículas es apreciable, por ejemplo: las ensaladas, concreto, etc. Y suspensiones: Las partículas se depositan con el tiempo, por lo general tiene la leyenda "agítese bien antes de usar", por ejemplo: medicamentos, aceite con agua, etc.

Fase Se define como aquella porción de un sistema que es microscópicamente homogénea en cuanto a sus propiedades fisicoquímicas y se encuentra separada de otras porciones similares por regiones límites bien definidas, llamadas interfases. Fase no es equivalente a compuesto, ya que un mismo compuesto puede coexistir en una o varias fases, por ejemplo, agua y hielo a 0ºC. Del mismo modo varios compuestos pueden constituir una sola fase, como ocurre con el azúcar disuelto en agua a temperatura ambiente. Los sistemas constituidos por una fase se denominan homogéneos, mientras que aquéllos formados por dos o más fases se llaman heterogéneos.

Componentes: Es lo que compone un sistema. El sistema puede estar formado por varios de estos. El número de componentes es el número mínimo de especies moleculares en función de las cuales se puede expresar cuantitativamente la composición de fases

P á g i n a / 11Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y FRACCIONAMIENTO

MÉTODOS DE SEPARACIÓN

Los Métodos de Separación se basan en diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como: Punto de Ebullición Densidad,, Presión de Vapor, Punto de Fusión, Solubilidad, etc. Los Métodos más conocidos son:

Filtración

El procedimiento de Filtración consiste en retener partículas sólidas por medio de una barrera, la cual puede consistir de mallas, fibras, material poroso o un relleno sólido.

Decantación

El procedimiento de Decantación consiste en separar componentes que contienen diferentes fases (por ejemplo, 2 líquidos que no se mezclan, sólido y líquido, etc.) siempre y cuando exista una diferencia significativa entre las densidades de las fases. La Separación se efectúa vertiendo la fase superior (menos densa) o la inferior (más densa).

Evaporación

El procedimiento de Evaporación consiste en separar los componentes mas volátiles exponiendo una gran superficie de la mezcla. El aplicar calor y una corriente de aire seco acelera el proceso. 

Cristalización

Una Solución consta de dos componentes: El Disolvente y el Soluto. Las Soluciones pueden ser No-Saturadas, Saturadas y Sobre-Saturadas (Para ver un gráfico representando soluciones No-Saturadas, Saturadas y Sobre-Saturadas.Las Soluciones No-Saturadas tienen una concentracion de soluto menor que las soluciones saturadas, y éstas a su vez tienen una concentración de solucto menor que una solución sobresaturada. Por ejemplo: Supóngase que se agregan unos cuantos cristales de Sal Común a un Vaso de Agua. Esta será una Solución No-Saturada. Si se sigue añadiendo Sal con agitación se llegará hasta un punto en el cual los cristales ya no se disuelven. Esta será una Solución Sobre-Saturada. Si esta solución se deja reposar y se remueven los cristales que no se disolvieron, se obtendrá una Solución Saturada que contendrá la cantidad máxima de soluto que se puede disolver a la temperatura actual que llamaremos inicial (Ver Solubilidad). Si enfriamos la solución Saturada, con el tiempo se formarán cristales de Sal, ésto se debe a que la solubilidad de la Sal en el Agua depende de la Temperatura y lo que fue una solución saturada a la temperatura inicial es ahora una solución sobre-saturada a la temperatura final. Es importante recalcar que una solución sobresaturada es un sistema metaestable y que tenderá a estabilizarse, mientras que una solución saturada es un sistema estable.Para efectuar la Cristalización de un Sólido hay que partir de una Solución Sobre-Saturada. Existen varias formas de Sobre-Saturar una Solución, una de ellas es el enfriamiento de la solución, otra consiste en eliminar parte del Disolvente (Por ejemplo: por evaporación) a fin de aumentar la concentración del soluto, otra forma consiste en añadir un tercer componente que tenga una mayor solubilidad que el componente que se desea cristalizar.La rapidez del Enfriamiento definirá el tamaño de los cristales resultantes. Un enfriamiento rápido producirá cristales pequeños, mientras que un enfriamiento lento producirá cristales

P á g i n a / 12Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

grandes. Para acelerar la Cristalización puede hacerse una "siembra" raspando las paredes del recipiente.

MÉTODOS DE FRACCIONAMIENTO

Destilación simple

El aparato utilizado para la destilación en el laboratorio es el alambique. Consta de un recipiente donde se almacena la mezcla a la que se le aplica calor, un condensador donde se enfrían los vapores generados, llevándolos de nuevo al estado líquido y un recipiente donde se almacena el líquido concentrado.En la industria química se utiliza la destilación para la separación de mezclas simples o complejas.

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado en química para separar mezclas (generalmente homogéneas) de líquidos mediante el calor, y con un amplio intercambio calórico y másico entre vapores y líquidos. Se emplea principalmente cuando es necesario separar compuestos de sustancias con puntos de ebullición distintos pero cercanos. Algunos de los ejemplos más comunes son el petróleo, y la producción de etanol.La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden con el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes "platos" (placas). Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores (que ceden) y los líquidos (que reciben). Ese intercambio produce un intercambio de masa, donde los líquidos con menor punto de ebullición se convierten en vapor, y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido.La mezcla se pone en el aparato de destilación, que suele consistir en un matraz (u otro recipiente en general esférico), en cuya parte inferior hay unas piedrecillas que impiden que el líquido hierva demasiado rápido. En la boca del recipiente, en la parte superior, hay una columna de fraccionamiento, consistente en un tubo grueso, con unas placas de vidrio en posición horizontal. Mientras la mezcla hierve, el vapor producido asciende por la columna, se va condensando en las sucesivas placas de vidrio y vuelve a caer hacia el líquido, produciendo un reflujo destilado. La columna se calienta desde abajo y, por tanto, la placa de vidrio más caliente está en la parte inferior, y la más fría en la superior. En condiciones estables, el vapor y el líquido de cada placa de vidrio están en equilibrio y, solamente los vapores más volátiles llegan a la parte superior en estado gaseoso. Este vapor pasa al condensador, que lo enfría y lo dirige hacia otro recipiente, donde se licúa de nuevo. Se consigue un destilado más puro cuánto más placas de vidrio haya en la columna. La parte condensada en la placa más cercana al azeótropo contiene gradualmente menos etanol y más agua, hasta que todo el etanol queda separado de la mezcla inicial. Este punto se puede reconocer mediante el termómetro ya que la temperatura se elevará bruscamente.

La composición centesimal es el porcentaje en peso o masa de cada uno de los elementos que constituyen la mezcla. Se halla en la práctica mediante técnicas de análisis cuantitativo.

Átomos y moléculas

Los átomos y moléculas se definirán formalmente en unidades posteriores. En este punto solo es necesario saber que toda materia esta formada por átomos de diferentes clases, combinados

P á g i n a / 13Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

diversas maneras, loa átomos son las unidades mas pequeñas de una sustancia. Las moléculas están constituidas por átomos enlazados mediante fuerzas especiales.

ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos.Los elementos se representan mediante símbolos que son combinaciones de letras. La primera letra del símbolo de un elemento es siempre mayúscula, pero la segunda y la tercera son siempre minúsculas.Los compuestos son sustancias formadas por átomos de dos o más elemento unidos químicamente en porciones definidas. A diferencia de las mezclas los compuestos no pueden separarse por medios físicos.

Sustancia simple

Una sustancia simple es aquella cuyas moléculas están formadas por una sola clase de átomo. Por ejemplo, el dioxígeno, más conocido como oxigeno (O2), y el ozono (O3) son sustancias simples, porque sus moléculas están formadas sólo por átomos de oxígeno. Otro ejemplo lo constituyen el diamante y el grafito, que son sustancias simples por estar formadas por átomos de una única clase, los del elemento carbono. Lo contrario a una sustancia simple es una sustancia compuesta o compuesto.Los noventa y dos elementos químicos neutros se combinan entre sí formando casi tres millones de sustancias compuestas, denominadas compuestos químicos o, simplemente, compuestos.

CONCEPTO DE ELEMENTO QUÍMICO A TRAVÉS DE LA HISTORIA

El desarrollo del concepto de elemento químico está íntimamente relacionado con la evolución histórica de la química. En un principio las ideas fueron meras especulaciones filosóficas, destacando el paradigma de los cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego.Fue Lavoisier quien dio un carácter experimenta al concepto, al destacar el análisis químico como la herramienta necesaria para saber si una sustancia es o no un elemento.Luego Dalton, al plantear u teoría atómica a principios del siglo XIX, se ve en la necesidad de asociar cada elemento a un tipo de átomo. Esta noción es apoyada por Mendeleiev, cuando en el marco de su propuesta de la ley de periodicidad, en 1869, señala que la palabra elemento requiere de la idea de átomo.En el siglo XX se desentraña la estructura interna del átomo y se define el elemento químico como aquella sustancia formada por átomos que, en su núcleo, contienen igual número de protones, denominándose este numero el numero atómico (Z).Así, todos los átomos de hidrogeno, estén aislados, posean carga positiva o negativa, o se encuentren enlazados con otros átomos formando un compuesto, siempre tendrán un protón en su núcleo (Z=1).

ELEMENTOS QUÍMICOS Y LA TABLA PERIÓDICA

En el sigo XIX se inicio la organización sistemática de los elementos, cuando los químicos empezaron a observar que muchos de los elementos presentaban grandes similitudes entre si, y demostraron la regularidad en el comportamiento de as propiedades físicas y químicas de los elementos. Este conocimiento condujo al desarrollo de la tabla periódica.

P á g i n a / 14Olmedo, Francisco Javier

Universidad Nacional de Formosa FHU- Profesorado Química Fundamentos de química – unidad n° 2

La tabla periódica

La tabla periódica es una disposición tabular de los elementos. Los elementos de una columna de la tabla periódica se conocen como grupos o familia. Cada línea horizontal de la tabla periódica se llama periodo.Los elementos se pueden distribuir en tres categorías: metales no metales y metaloides.Un metal es buen conductor del calor y la electricidad, con excepción del mercurio todos los metales son sólidos a temperatura ambiente.Un no metal suele ser un mal conductor del calor y la electricidad y tienen propiedades físicas mas variadas que los metales. Los metaloides tienen propiedades intermedias entre las de un metal y las de un no metal.La forma característica de la tabla periódica fue ideada originalmente de modo que la cercanía mutua de los elementos estuviera en función de sus propiedades físicas y químicas. Los elementos que pertenecen al mismo grupo se parecen entre si en sus propiedades químicas, al avanzar por un periodo de izquierda a derecha, las propiedades físicas y químicas de los elementos cambian gradualmente de metálicas a no metálicas.

Alotropía

Alotropía (cambio, giro) es la propiedad de algunas sustancias simples de poseer estructuras moleculares diferentes. Las moléculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular se llaman alótropos.Oxígeno. Puede existir como oxígeno atmosférico (O2) y como ozono (O3), que genera el olor penetrante distintivo en las proximidades de las caídas de agua.Fósforo. Se manifiesta como fósforo rojo (P4) y como fósforo blanco (P2), de características físicas distintas.Carbono. Variedades alotrópicas: grafito, diamante, grafeno, fulereno y carbino.En el estado sólido las propiedades alotrópicas ocurren en elementos de una misma composición, pero aspectos diferentes. Por lo tanto, la propiedad debe ocurrir en el mismo estado de agregación de la materia.La explicación de las diferencias de propiedades se ha encontrado en la disposición espacial de los átomos. Por ejemplo, en los cristales de diamante cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos vecinos de este mismo elemento, por lo cual adopta una ordenación en forma de tetraedro que le confiere una dureza particular.

Bibliografía

Química Raymond Chang 4 edición Química general Whitten, Davis, Peck 5 edición https://es.wikipedia.org/wiki/Sustancia_simple https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9todos_de_separaci%C3%B3n_de_fases

P á g i n a / 15Olmedo, Francisco Javier