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Resumen Tema 3  Física y química: Mezclas, disoluciones y sustancias puras

• La materia y su aspecto

Sistemas materiales, formados por una o varias sustancias, clasificarse en:

. Sistemas materiales heterogéneos: Presentan distintas propiedades en las diferentes partes del sistema. No pueden distinguirse partes diferenciadas ni siquiera con ayuda del microscopio.

. Sistemas materiales homogéneos: Tienen misma composición y mismas propiedades en cualquier porción de los mismos. Distinguirse partes diferenciadas, a simple vista y con microscopio.

2.  Las mezclas heterogéneas

Un sistema material heterogéneo formado por varias sustancias es una mezcla heterogénea.

Suspensiones: tipo especial de mezclas heterogéneas formas por sólido disperso en líquido al que se denomina fase dispersante. Tamaño de partículas dispersas es al menos 2.10^-4, pueden separarse mediante filtración, cuando reposan componentes se separan en fases.

Separación de los componentes de las mezclas heterogéneas

Estado de agregación, densidad o solubilidad permiten identificar sustancias y facilitan separación de componentes de una  mezcla:

. Componentes con distinto estado de agregación: Un componente es sólido y otro líquido se usa la filtración

. Componentes con distinta densidad: Se emplea:

• Sedimentación: Separación, por acción de gravedad, de los componentes con distinta densidad
• Decantación: Permite separar, mediante embudo de decantación líquidos inmiscibles.
• La centrifugación: Incrementar de forma artificial, mediante rotación, las diferencias de peso de componentes, para conseguir sedimentaciones más rápidas.

. Componentes con distinta solubilidad: Mediante disolución selectiva. Para mezcla de sólidos, se añade disolvente adecuado, uno pasa a fase disuelta mientras el otro permanece intacto en fase sólida, a continuación se filtra para separar sólido.

• Sistemas materiales homogéneos

Sistemas materiales clasificarse en disoluciones y sustancias puras según nº sustancias que la formen.

Disoluciones

Sistema material formado por dos o más componentes. Componentes mezclados en idéntica proporción y presentan las mismas propiedades.

. Se llama disolvente al componente mayoritario en la disolución

. Se llama disolvente al componente minoritario

Tanto disolvente como soluto pueden encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso.

Composición de disoluciones puede variar dentro de unos límites  

 Disoluciones verdaderas, en las que tamaño de partículas de soluto es menor que 10^-6, atraviesan cualquier filtro.

Teoría cinética explica cómo se forma disolución con reajustes en partículas:  ej: de sólidos y líquidos:

a) Desmoronamiento de estructura del sólido debido a partículas que son atraídas por las del sólido.

b) Partículas “arrancadas” al sólido son acomodadas en los huecos existentes entre partículas del líquido.

Volumen final de una disolución es menor que suma de volúmenes del soluto y disolvente, debido a reajustes entre partículas.

Sustancias puras

Sistema material homogéneo formado por  un solo componente se denomina sustancia pura

Temperaturas de fusión y ebullición, son características de sustancias puras, permiten comprobar si un sistema material homogéneo es una sustancia pura

Sustancias puras presentan temperatura de fusión y ebullición determinadas. Valores de estas propiedades en mezclas son variables y dependen de su composición.

• Concentración de una disolución

Según proporción de soluto y disolvente, disoluciones pueden ser:

. Diluidas: Cantidad de soluto en relación a disolvente es muy pequeña

. Concentradas: Cantidad d soluto en relación a disolvente es muy alta.

. Saturadas: Soluto está en máxima proporción posible. Cualquier cantidad se añada después no se disolverá, estableciéndose equilibrio entre partículas de sólido que pasan a disolución y las que retornan a fase sólida.

Esto no da información cuantitativa exacta de cantidades. Para ello se recurre a concentración:

Concentración de disolución expresa, de forma numérica, proporción de soluto en una determinada cantidad de disolución.

                               Cantidad de soluto

Concentración=  ---------------------------

                              Cantidad de disolución

Este cociente se expresa de diversas formas y unidades:

• Gramos por litro de disolución

Expresa gramos de soluto contenidos en cada litro de disolución:

                                     g de soluto

Concentración= ----------------------------

                                  Volumen de la disolución en L

•     Tanto por ciento en masa

Expresa gramos de soluto existentes en 100 gramos de disolución.

                       Masa de soluto    

   % masa=  ----------------------  * 100

                      Masa de disolución

• Tanto por ciento en volumen

                         Volumen de soluto

% volumen = --------------------------  . 100

                        Volumen de disolución

Porcentaje en volumen se usa en disoluciones cuyo soluto es líquido o gas.

• Separación de los componentes de una disolución

Técnicas de separación dependen de estado de agregación de componentes:

. Separación de sólidos disueltos en líquidos: Provoca evaporación del disolvente, a temperatura ambiente o por calentamiento, y se produce la posterior cristalización del soluto. Tamaño de cristales obtenidos depende  de velocidad de evaporación, mediante ebullición serán pequeños, más grandes si se deja evaporar a temperatura ambiente.

. Separación de líquidos disueltos en líquidos: Distintos puntos de ebullición, se destila disolución en un alambique. El componente más volátil es el primero en evaporarse y atravesar refrigerador que lo condensa. Una vez separado, se incrementa temperatura y se alcanza el siguiente punto de ebullición.

. Separación de una mezcla de gases por disolución selectiva: Permite separar gas de la mezcla cuando uno se disuelve en líquido. Se hace burbujear mezcla en líquido y se calienta disolución  para separar el gas.

.Separación de una mezcla de gases por destilación: Para separar componentes del aire:

• Licuación: Comprime aire hasta altas presiones y se deja expandir bruscamente, aire se licua.
• Destilación fraccionada: Posteriormente se eleva temperatura de forma gradual, se evapora primero nitrógeno y luego oxígeno. Se obtiene cada fracción de aire po separado.

La cromatografía

Técnica se basa en la diferente velocidad con que cada componente de muestra líquida es capaz de difundir a través de superficie porosa por la que el disolvente asciende por capilaridad.

• Solubilidad

Propiedad característica de soluto respecto a un disolvente determinado.

Solubilidad es máxima cantidad de soluto que puede disolverse en cierta cantidad de disolvente a una determinada temperatura.

Se expresa en “gramos de soluto/ 100g de disolvente” o en “gramos de soluto/ 100cm^3 de disolvente”, generalmente estos datos dados a 25 C.

. La solubilidad de un sólido en agua aumenta al aumentar la temperatura

. La solubilidad de los gases en agua, para una presión dada, disminuye al aumentar la temperatura. Si fijamos temperatura, la solubilidad de los gases aumenta al aumentar la presión exterior.

Influencia de la temperatura en solubilidad de una sustancia queda reflejada en llamadas curvas de solubilidad, que se construyen a partir de parejas de datos solubilidad-temperatura.

• Sustancias puras: Elementos y compuestos

Compuesto: sustancia que mediante transformaciones puede convertirse en otras sustancias más simples.

Elemento: Sustancia pura que no puede descomponerse en otras más simples.

Un compuesto no es una mezcla

Unión de dos o más elementos para formar compuesto es proceso totalmente distinto al de una mezcla.

. Los constituyentes de una mezcla pueden estar en cualquier proporción y mantienen sus propiedades características.

. Los constituyentes de un compuesto están siempre en la misma proporción y la sustancia final es nueva sustancia pura de propiedades totalmente diferentes.

Separación de los componentes de un compuesto

Dos procedimientos:

. Descomposición térmica

. Electrólisis

Calor y la corriente eléctrica son los principales agentes para descomponer los compuestos químicos