Sistemas Materiales

 

SEGUIMOS APRENDIENDO SOBRE ESTA MATERIA TAN INTERESSANTE COMO LO ES QUÍMICA...

Sistemas Materiales es toda parte o porción del universo, dotada de masa, que se aísla en forma real o imaginaria para ser estudiado.

-Se clasifican en: 

• Según la interacción con el medio que los rodea

-Sistemas abiertos nos permiten el libre intercambio de materia y de energía con el medio circundante.

-Sistemas cerrados son los que solamente es posible el intercambio de energía con el medio circundante, pero no de materia. 

-Sistemas aislados son en los que no existe el intercambio de masa ni de energía con el medio circundante. 

• Según la distribución de las propiedades intensivas dentro del sistema

-Sistemas homogéneos son los que sus propiedades intensivas no cambian, es decir, cualquier parte del sistema tiene los mismos valores que el resto.

"Llamamos fase a cada parte del sistema que tienen iguales valores de las propiedades intensivas, y componente, a las sustancias que componen el sistema.

Un sistema homogéneo es uniforme y no presenta límites de separación, está constituido por una sola fase.

Éste a su vez se divide en: 

👉 Sustancia pura: formados de un solo tipo de sustancia, presenta una composición fija y se puede caracterizar por una serie de propiedades específicas. Según su composición química se clasifican en:

                        Sustancias simples: formadas por una sola clase de elemento, se representa por medio de símbolos; hierro (Fe), oro (Au), oxígeno molecular (O2), ozono (O3), hidrógeno molecular (H2), no pueden ser descompuestas en otras más sencillas.

                        Sustancias compuestas: formadas por la combinación química de dos o más elementos diferentes en proporciones definidas, se representan por medio de fórmulas; agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), pueden ser descompuestas en otras más sencillas.

👉 Solución: formados por dos o más componentes, hay soluciones líquidas, gaseosas y sólidas.

-Sistemas heterogéneos son aquellos en los cuales los valores de las propiedades intensivas varían según la porción del sistema considerado. No son uniformes, presentan fases, como agua/aceite o bebida/hielo, separadas por superficies de discontinuidad bien definidas. Tienen dos o más fases.

👀 En algunos sistemas materiales que las partículas son visible con algún instrumento como el ultramicroscopio están las suspensiones que sus partículas se depositan en el fondo y las coloidales que se dispersan en el otro componen, son muy pequeñas y aún así distribuidas en la mezcla logran dispersar la luz y provocan un efecto llamado Tyndall, éste se produce cuando un pequeño haz de luz atraviesa un coloide y las partículas desvían la luz y se ven como pequeñísimas manchitas luminosas.

"MÉTODOS DE SEPARACIÓN"

• Centrifugación: para separar un líquido de un sólido. L a mezcla se coloca en unos tubos dentro de una centrífuga; la fase solida sedimentará en el fondo de los tubos y el líquido sobrenadante podrá aspirarse con una pipeta.
• Filtración: para separar 2 líquidos de sólidos, el sólido queda retenido en el filtro.
• Cristalización: para separar 1 sólido disuelto en un líquido, se calienta la solución hasta que el líquido se vaporice .
• Cromatografía: se coloca una solución sobre una fase estacionaria o fija, y se hace pasar por ella 1 líquido: la fase móvil.  Ésta arrastra en forma diferenciada los componentes separándolos, según el tipo de fase que se usa  se recuperan los componentes de diferente maneras.
• Decantación: cuando la mezcla  está formada por líquidos se utiliza una ampolla con el robinete cerrado y se deja reposar  hasta que ambas fases sean diferenciadas, luego se abre el robinete y se deja escurrir por el vástago el líquido más denso, cuando se llega a la interfase el robinete se cierra y queda dentro de la ampolla la fase menos densa.
• Tamización: cuando ambas fases son sólidas y tienen partículas de tamaño diferente, la mezcla se pasa por un tamiz, las de mayor tamaño quedan retenidas y las otras pasan por los poros.
• Imantación: para separar 2 sólidos uno de los cuales tiene propiedades magnéticas.
• Flotación: para separar 2 sólidos de distinta densidad mediante el agregado de un líquido de densidad intermedia, ej: arena y aserrín, se agrega agua entonces la arena queda depositada en el fondo y el aserrín flota.
• Sublimación: para separar 2 sólidos, uno que sublima de otro que no. Ej: yodo y sulfato cúprico o yodo y arena.
• Extracción con solventes: para separa 2 sólidos, uno soluble en un solvente y otro que no lo es. Ej: sulfato cúprico y arena, se agrega agua y el sulfato cúprico se disuelve pero la arena no o hace. Luego el nuevo sistema se filtra y el filtrado se calienta para recuperar el sulfato cúprico por cristalización.

"MÉTODO DE FRACCIONAMIENTO"

• Destilación simple: para separar soluciones de 2 o más líquidos, uno debe tener un punto de ebullición mucho menor que el resto de los componentes, también se separa solutos de sólidos disueltos en disolventes líquidos. Se utiliza un aparato llamado destilador.

Experiencia 1: Separación de una mezcla de sulfato cúprico y agua: tomamos una pequeña cantidad de sulfato cúprico pentahidratado (CuSO4 . 5H2O), en un vidrio reloj, observamos sus propiedades, tiene un color azul, no tiene olor, su estado físico es sólido, es una sustancia pura de una sola fase.

                            Con una pequeña cantidad de agua en un vaso de precipitados agregamos el sulfato cúprico, agitamos con una varilla de vidrio y volvemos a observar que algunas de sus propiedades cambiaron, el color es celeste, sigue sin olor, su estado físico pasó a líquido, ahora es una solución porque es una mezcla homogénea, se sigue observando un sola fase.

                            Por último separamos la solución, tomamos un pequeña cantidad en un cristalizar y calentamos; el agua se evapora, el cloruro de sodio queda en el recipiente, para se usó el método de separación llamado cristalización. 

Experiencia 2: Separación de una mezcla de yodo y arena: en un vaso de precipitado se colocó una pequeña cantidad arena y unos cristales de yodo, observamos que hay dos fases sólidas, arena y yodo. Cubrimos con un vidrio reloj y calentamos suavemente, notamos que se produjo un fenómeno  de sublimación, por lo que la coloración al calentar es morada. Con el vidrio de reloj observamos los cristales de yodo y que la arena cambió de color, esto es un método de separación porque es una mezcla heterogénea.

Experiencia 3: Separación de una mezcla de arena y agua: mezclamos en una vaso de precipitados una porción de arena por dos partes de agua, formando un sistema heterogéneo porque tiene 2 fases; aprovechamos que la arena no se disuelve en el agua y usamos para separar los componentes el método de separación de filtración. Para ello tuvimos que armar el equipo necesario...

Experiencia 4: Separación de una mezcla de arena, hierro y sulfato cúprico: preparamos una mezcla de arena, limaduras de hierro y sulfato cúprico pentahidratado formando un sistema heterogéneo ya que tiene 3 fases; para poder separar estos componentes utilizamos los métodos de imantación, filtración y cristalización. Con un imán separamos las limaduras ya que éste posee propiedades magnéticas, luego colocamos un poco de agua en el vaso de precipitados y revolvemos la arena y el sulfato cúprico, cuando este último se disuelva por filtración lo separamos de la arena, luego calentamos el sulfato hasta que se vaporice y se formen cristales de sulfato.

Experiencia 5: Identificación de mezclas homogéneas y mezclas coloidales: en esta caso utilizamos sulfato cúprico pentahidratado, maicena, gelatina sin sabor, alcohol, agua, gradilla, 5 tubos de ensayo, pipetas, espátulas y cucharitas. Comenzamos lavando muy bien los tubos de ensayo, colocamos una cucharadita de sulfato cúprico en un tubo, agregamos varios ml de agua mas o menos caliente, agitamos hasta que se disuelva totalmente (tubo 1). Colocamos una cucharadita de gelatina sin sabor en otro tubo y le agregamos varios ml de agua más o menos caliente y volvemos a agitar hasta disolver. (tubo 2). Ahora pusimos una cucharadita de maicena en el tubo, agregamos varios ml de agua fría y agitamos hasta disolver (tubo 3). Acá colocamos 5ml de alcohol en el tubo y agregamos varios ml de agua fría, agitamos hasta su disolución (tubo 4). Por último, agregamos en un tubo solo varios ml de agua (tubo 5).

• En las imágenes siguientes les mostraremos cuáles tubos están con efecto Tindall y los sistemas que cada uno tiene.

Este tiene un sistema Heterogéneo y no presenta efecto Tindall.

Este tiene un sistema Heterogéneo y no presenta efecto Tindall.

Este tiene sistema Heterogéneo y sí presenta efecto Tindall.

Este tiene sistema Heterogéneo y sí presenta efecto Tindall.

Este tiene sistema Homogéneo y sí presenta efecto Tindall.

"Luego de la experiencia todos estos tubos se clasificarían en sistemas homogéneos".

Experiencia 6: Destilación: utilizamos un matraz aforado de 200ml para tomar una muestra exacta de vino, colocamos el producto en el balón de destilación midiéndolo, enjuagamos el matraz 4 veces con agua, adicionamos hidróxido de sodio (NaOH) para alcalinizar la solución, el vino virará de color por el hidróxido. Agregamos unas gotas de antiespuma, ponemos el balón en el destilador y colocamos el tapón, abrimos el agua, encendemos el equipo recogemos aproximadamente 160 ml de destilado; apagamos el equipo y cerramos el paso de agua. Las sustancias que se separaron a través de este proceso de destilación fueron agua y vino.

Este es el equipo utilizado y nuestras experiencias

Alcohol obtenido por destilación...

Conclusiones de nuestras experiencias

Aprendimos a saber que métodos de separación o fraccionamiento usar entre las distintas experiencias para así poder separar los componentes y también aprendimos que método de separación usar para distintas mezclas heterogéneas.

¡¡Y ASÍ HEMOS CONCLUÍDO CON LAS EXPERIENCIAS DE SISTEMAS MATERIALES!!