Propiedades Físicas de la Materia: Conceptos Clave en Química

Propiedades Físicas de la Materia

Propiedades Físicas: Características constantes de la materia que pueden ser percibidas por los sentidos o medidas sin alterar su composición.

Punto de Fusión

Punto de Fusión: Temperatura a la que una sustancia pura se encuentra en equilibrio entre las fases sólida y líquida a una presión dada. Es la temperatura a la cual un sólido se funde. Ocurre a temperatura constante. El punto de fusión y el punto de congelación son iguales para una sustancia pura.

Características del Punto de Fusión

• El punto de fusión es poco afectado por la presión atmosférica.
• Se utiliza para caracterizar compuestos orgánicos y comprobar su pureza.
• Una sustancia pura tiene un punto de fusión definido y un rango de variación muy reducido. Una sustancia impura presenta un punto de fusión más bajo y un rango de fusión más amplio. Mientras más impura sea la materia, más bajo será el punto de fusión y más amplio su rango.

Punto de Ebullición

Punto de Ebullición: Temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa (generalmente la presión atmosférica).

Factores que Afectan el Punto de Ebullición

• Depende de la energía cinética promedio de las moléculas del líquido.

Densidad

Densidad: Propiedad física que representa la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.

Tipos de Densidad

• Densidad Absoluta: Expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia.
• Densidad Relativa: Es una magnitud adimensional (sin unidades) que compara la densidad de una sustancia con la densidad de una sustancia de referencia. Para sólidos y líquidos, la referencia común es la del agua líquida a 1 atmósfera de presión y 4°C. Para gases, la referencia suele ser el aire.
• Densidad Media: Relación entre la masa total de un sistema y su volumen total. En un sistema homogéneo, la densidad es constante en cualquier punto. En un sistema heterogéneo, la densidad media puede variar dependiendo de la porción considerada, ya que la composición no es constante.
• Densidad Aparente: Se aplica a materiales porosos o granulares (como polvos o suelos) donde se incluye el volumen de los espacios vacíos entre las partículas. La densidad aparente depende de su grado de compactación.

Medición de la Densidad

• Densidad Directa: Se mide utilizando instrumentos específicos como el densímetro, picnómetro, balanza hidrostática o balanza de Westphal.
• Densidad Indirecta: Se mide determinando la masa y el volumen de la sustancia por separado, y luego calculando la densidad (D = masa/volumen). Generalmente, la densidad de sólidos y líquidos aumenta ligeramente con la presión y disminuye con la temperatura. Para gases, la densidad es directamente proporcional a la presión e inversamente proporcional a la temperatura (a masa constante).

Solubilidad

Solubilidad: Propiedad física que indica la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente a una temperatura y presión específicas para formar una solución saturada.

Factores que Afectan la Solubilidad

• Naturaleza del Soluto y del Solvente (Factor Interno): La solubilidad depende de las interacciones entre las partículas del soluto y las del solvente. Las moléculas del disolvente deben ser capaces de rodear al soluto (solvatación) para romper las fuerzas que mantienen unidas las partículas del soluto y lograr que este se disperse de manera homogénea. La regla general es "lo similar disuelve a lo similar" (compuestos polares se disuelven en solventes polares, y apolares en apolares).
• Agitación (Factor Externo): La agitación o el movimiento de la mezcla aumenta la velocidad a la que las partículas del soluto entran en contacto con las del solvente, acelerando el proceso de disolución, aunque no afecta la cantidad máxima que se puede disolver (la solubilidad en sí).
• Temperatura: Un aumento de temperatura (T°) generalmente aumenta la energía cinética de las partículas del soluto y del solvente, acelerando el movimiento y las colisiones. Para la mayoría de los sólidos disueltos en líquidos, un aumento de temperatura aumenta la solubilidad. Para los gases disueltos en líquidos, un aumento de temperatura disminuye la solubilidad.
• Presión: La presión externa afecta significativamente la solubilidad de los gases en líquidos. Un aumento de presión sobre un gas en contacto con un líquido aumenta la solubilidad del gas en el líquido (Ley de Henry). La presión tiene un efecto despreciable sobre la solubilidad de sólidos y líquidos en líquidos.

Reglas Generales de Solubilidad en Agua

• Todos los nitratos (NO₃⁻) son solubles.
• Todas las sales que contienen iones de metales alcalinos (Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺) y el ion amonio (NH₄⁺) son solubles.
• La mayoría de los cloruros (Cl⁻), bromuros (Br⁻) y yoduros (I⁻) son solubles, excepto los de plata (Ag⁺), plomo (Pb²⁺) y mercurio(I) (Hg₂²⁺).
• La mayoría de los hidróxidos (OH⁻) y sulfuros (S²⁻) son insolubles, excepto los de metales alcalinos y alcalinotérreos más pesados (Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺) para hidróxidos, y los de metales alcalinos y amonio para sulfuros.
• La mayoría de los carbonatos (CO₃²⁻), fosfatos (PO₄³⁻), cromatos (CrO₄²⁻) y silicatos (SiO₄⁴⁻) son insolubles, excepto los de metales alcalinos y amonio (NH₄⁺). La mayoría de los sulfatos (SO₄²⁻) son solubles, excepto los de calcio (Ca²⁺), estroncio (Sr²⁺), bario (Ba²⁺), plomo (Pb²⁺) y plata (Ag⁺).