Fundamentos de Química: Propiedades de la Materia, Mezclas y Técnicas de Separación

Propiedades Características de los Materiales

Las propiedades características son aquellas que permiten identificar y diferenciar una sustancia de otra. Algunas de las más importantes incluyen:

• Solubilidad

  Capacidad de una sustancia (soluto) para disolverse en otra (solvente) y formar una solución homogénea.

• Densidad

  Relación entre la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Se expresa con la fórmula: D = M/V (Densidad = Masa / Volumen).

• Punto de Ebullición

  Es la temperatura máxima y exacta a la cual un líquido se transforma en vapor a una presión determinada. Este proceso se conoce como ebullición: el paso de un material del estado líquido al estado de vapor.

• Punto de Fusión

  Es la temperatura máxima y exacta a la cual un sólido se transforma en líquido a una presión determinada. Este proceso se conoce como fusión: el paso de un material del estado sólido al estado líquido por efecto de la temperatura.

Mezclas

Las mezclas son sistemas formados por dos o más especies químicas que no reaccionan entre sí. Pueden ser heterogéneas o homogéneas, y sus componentes pueden ser separados por técnicas mecánicas y físicas.

Características de las Mezclas

• Pueden ser heterogéneas y homogéneas.
• Los componentes no reaccionan químicamente entre sí.
• Pueden ser separados por procedimientos mecánicos y físicos.
• Están compuestas por dos o más sustancias químicas.
• Los componentes mezclados conservan sus propiedades individuales, aunque se distribuyen uniformemente o en fases distintas.

Clasificación de las Mezclas

• Mezclas Groseras

  Son aquellas cuyos componentes pueden verse a simple vista sin necesidad de instrumentos ópticos.

• Suspensiones

  Son sistemas constituidos por un sólido y un líquido, donde las partículas sólidas están uniformemente distribuidas en el líquido, pero tienden a sedimentar con el tiempo.

• Coloides

  Son mezclas cuyas partículas tienen un tamaño intermedio (generalmente entre 1 nm y 1000 nm, o menores de 0,0002 mm según la referencia original). No son observables a simple vista ni con un microscopio óptico, pero se hacen visibles cuando un rayo de luz las atraviesa, fenómeno conocido como efecto Tyndall.

  Tipos de Coloides

  Gel, sol, aerosol, espuma, humo, batido.

• Soluciones Verdaderas

  Son sistemas físicamente homogéneos constituidos por dos especies químicas llamadas soluto y solvente. Ambos no reaccionan entre sí y pueden ser separados por técnicas físicas.

  Características de las Soluciones

  • Sus componentes no pierden sus propiedades químicas individuales, aunque se mezclan íntimamente.
  • Son homogéneas (presentan una sola fase).
  • Los componentes no reaccionan químicamente entre sí.
  • No se observan a simple vista (las partículas son invisibles).
  • Se pueden separar por técnicas físicas.
  • Las partículas son de tamaño molecular o iónico (inferior a 1 nm), lo que las hace invisibles.
  • Presentan poca o nula absorción o desprendimiento de color en la solución, y no muestran el efecto Tyndall.

Tipos de Soluciones según la Cantidad de Soluto

• Diluidas

  Son aquellas que contienen una pequeña cantidad de soluto en relación con el volumen total de la solución.

• Concentradas

  Son aquellas que contienen una gran cantidad de soluto en relación con el volumen total de la solución.

  • Solución Saturada

    Contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en un solvente a una temperatura y presión dadas.

  • Solución Insaturada (No Saturada)

    Contiene menos soluto del que el solvente puede disolver a una temperatura y presión dadas.

  • Solución Sobresaturada

    Contiene más soluto del que el solvente puede disolver en condiciones normales, siendo una solución inestable que tiende a precipitar el exceso de soluto.

Concentración en Química

La concentración se refiere a la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de solvente o de solución. Se expresa comúnmente en porcentaje (%), con un límite teórico del 100% para la concentración de soluto.

Unidades Físicas de Concentración de Soluciones

• Porcentaje Masa/Masa (% m/m)

  Expresa los gramos de soluto por cada 100 gramos de solución (soluto en gramos, solvente en gramos).

• Porcentaje Masa/Volumen (% m/V)

  Expresa los gramos de soluto por cada 100 mililitros de solución (soluto en gramos, volumen de solución en ml o cm³).

• Porcentaje Volumen/Volumen (% v/v)

  Expresa los mililitros de soluto por cada 100 mililitros de solución (cuando ambos, soluto y solvente, son líquidos y se miden en ml o cm³).

Técnicas de Separación de Mezclas

Las técnicas de separación permiten dividir una mezcla en sus componentes individuales, aprovechando sus diferentes propiedades físicas.

Técnicas Mecánicas de Separación

• Filtración

  Separa sólidos insolubles de líquidos mediante el uso de un filtro (como un embudo con papel de filtro), que retiene el sólido y permite el paso del líquido.

• Sedimentación o Decantación

  Consiste en dejar reposar la mezcla para que los componentes se separen por diferencia de densidad (los más densos se asientan). Luego, se vierte cuidadosamente el líquido superior (decantación).

• Levigación

  Técnica que utiliza una corriente de agua para separar partículas sólidas de diferente densidad. El agua arrastra las partículas más ligeras, dejando las más pesadas.

• Separación Magnética

  Consiste en separar materiales con propiedades magnéticas (generalmente metales ferromagnéticos) de otros no magnéticos, utilizando un imán.

• Separación de Líquidos por Diferencia de Densidad (Decantación de Líquidos)

  Consiste en separar dos líquidos inmiscibles con diferentes densidades, utilizando un embudo de separación para drenar el líquido más denso primero.

Técnicas Físicas de Separación

• Destilación

  Proceso que separa componentes de una mezcla líquida basándose en sus diferentes puntos de ebullición.

• Evaporación

  Técnica para separar un sólido disuelto en un líquido, calentando la mezcla para que el líquido se evapore y el sólido quede atrás.

• Cromatografía sobre Papel

  Método que separa los componentes de una mezcla basándose en su diferente afinidad por una fase estacionaria (papel) y una fase móvil (solvente).

• Cristalización

  Proceso de formación de cristales sólidos a partir de una solución, un fundido o directamente de un gas. Se utiliza para purificar sólidos.

Mezclas y Sustancias Puras

Es fundamental distinguir entre mezclas y sustancias puras en química.

Sustancias Puras

Son formas de materia que poseen una composición química definida y propiedades características constantes, a diferencia de las mezclas.

Características de las Sustancias Puras

• Son homogéneas (presentan una composición uniforme).
• Poseen una composición definida y constante (proporciones fijas de masa de sus elementos constituyentes).
• Mantienen sus propiedades características, incluso cuando forman parte de una mezcla o son separadas de ella.