Fundamentos Esenciales de Química: Separación de Mezclas, Estados y Leyes de los Gases

🧪 Métodos de Separación de Mezclas Químicas

Mezclas Heterogéneas

Separación Líquido-Líquido (Emulsiones)

• Embudo de Separación: Se utiliza para separar líquidos inmiscibles de diferente densidad (ejemplo: agua y aceite). El líquido más denso (agua) se libera primero, seguido del menos denso (aceite).

Separación Sólido-Sólido

• Cristalización: Se evapora el solvente (generalmente agua) para que el soluto forme cristales.
• Tamizado: Se usa un colador o tamiz para separar partículas sólidas de distinto tamaño (ejemplo: arena y piedras).

Mezclas Heterogéneas Sólido-Líquido

• Decantación: Se deja reposar la mezcla para que el sólido sedimente, y luego se vierte cuidadosamente el líquido (sobrenadante).
• Centrifugación: Se separan los componentes por diferencia de densidad aplicando fuerza centrífuga.
• Filtración: Se utiliza papel filtro o un medio poroso para separar partículas sólidas suspendidas del líquido.

Mezclas Homogéneas (Soluciones)

• Destilación Simple: Se separa un líquido de un soluto no volátil mediante evaporación seguida de condensación.
• Destilación Fraccionada: Se utiliza para separar líquidos miscibles con puntos de ebullición cercanos, empleando una columna de fraccionamiento.

Separación de Sustancias Orgánicas

• Cromatografía: Técnica que separa componentes basándose en su diferente afinidad (partición) entre una fase estacionaria (ej. papel) y una fase móvil (solvente). Ejemplo: Separación de pigmentos de tinta negra en varios colores.

🌡️ Estados de la Materia y Transformaciones Físicas

Estados de Agregación

• Sólido: Posee forma y volumen definidos.
• Líquido: Posee volumen definido, pero forma variable (adopta la forma del recipiente).
• Gas: No posee ni forma ni volumen definidos.

Cambios de Estado

• Fusión: Sólido → Líquido
• Evaporación / Ebullición: Líquido → Gas
• Sublimación: Sólido → Gas
• Condensación: Gas → Líquido
• Solidificación: Líquido → Sólido
• Deposición (o Sublimación Inversa): Gas → Sólido

⚗️ Fundamentos de la Química Física: Leyes de los Gases Ideales

1. Ley de Boyle (Temperatura constante, Proceso Isotérmico)

El volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión aplicada.

Fórmulas Clave:

• P × V = constante
• P₁ × V₁ = P₂ × V₂

📉 Relación: Si la Presión (P) aumenta, el Volumen (V) disminuye. Si P disminuye, V aumenta.

2. Ley de Charles (Presión constante, Proceso Isobárico)

El volumen es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en Kelvin).

Fórmulas Clave:

• V / T = constante
• V₁ / T₁ = V₂ / T₂

📈 Relación: Si la Temperatura (T) aumenta, el Volumen (V) aumenta.

3. Segunda Ley de Gay-Lussac (Volumen constante, Proceso Isocórico)

La presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta (en Kelvin).

Fórmulas Clave:

• P / T = constante
• P₁ / T₁ = P₂ / T₂

🔥 Relación: Si la Temperatura (T) aumenta, la Presión (P) aumenta.

4. Ecuación de Estado del Gas Ideal

Relaciona la presión, el volumen, la temperatura y la cantidad de sustancia (moles).

Fórmulas Clave:

• P × V = n × R × T
• P × V = (m / M) × R × T

Definición de Variables:

• P: Presión
• V: Volumen
• n: Cantidad de sustancia (moles)
• m: Masa
• M: Masa molar
• R: Constante universal de los gases (0.0821 atm·L/mol·K o 8.31 J/mol·K)
• T: Temperatura absoluta en Kelvin (T = °C + 273)

📦 Conceptos Derivados: Volumen Molar y Densidad de Gases

5. Volumen Molar en CNPT

En Condiciones Normales de Presión y Temperatura (CNPT: 0°C o 273 K, 1 atm), 1 mol de cualquier gas ideal ocupa un volumen estándar:

V_m = 22.414 L/mol

6. Densidad de un Gas (ρ)

La densidad de un gas depende directamente de la presión y la masa molar, e inversamente de la temperatura.

Fórmula:

ρ = (P × M) / (R × T)

🧮 Comportamiento de Mezclas Gaseosas y Cinética

Ley de Dalton de las Presiones Parciales

La presión total ejercida por una mezcla de gases no reactivos es igual a la suma de las presiones parciales que cada gas ejercería si estuviera solo en el mismo volumen y temperatura.

Fórmulas:

• P_total = P₁ + P₂ + P₃ + ... + P_n
• Presión parcial (Pᵢ): Pᵢ = (nᵢ × R × T) / V

🌀 Ley de Graham de Difusión y Efusión

Establece que la velocidad de difusión o efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar.

En otras palabras, los gases más ligeros se difunden más rápido.

Fórmulas de Velocidad (v):

• v ∝ 1 / √M
• Relación de velocidades: v₁ / v₂ = √(M₂ / M₁)
• (Formato alternativo): v₁ / v₂ = (M₂ / M₁)^0.5

🔬 Postulados de la Teoría Cinética Molecular del Gas Perfecto

Modelo teórico que describe el comportamiento de los gases reales en condiciones de baja presión y alta temperatura (comportamiento ideal).

• Las partículas son extremadamente pequeñas y están en movimiento constante, rápido y aleatorio.
• Las partículas no interactúan entre sí (no hay fuerzas de atracción o repulsión).
• Los choques entre partículas y con las paredes del recipiente son perfectamente elásticos (no hay pérdida neta de energía cinética).
• La energía cinética promedio de las partículas es directamente proporcional a la temperatura absoluta. A mayor temperatura, mayor velocidad de las partículas, lo que resulta en mayor presión o volumen.