Sustancias puras y soluciòn

Sustancias Puras : Tipo de materia que está formada por átomos o moléculas todas iguales. A su vez estas se clasifican en sustancias puras simples y compuestos químicos. Para definir estos dos tipos de sustancias puras hay dos formas. Empecemos por la primera.

      Sustancias Puras Simples: están formadas por átomos todos iguales o moléculas con átomos iguales. Ojo hay elementos como el oxígeno que si lo miramos por un microscopio está formado todo por átomos de oxígeno iguales, pero agrupados de dos en dos, es decir agrupado en moléculas de O2, pero como los átomos que forman estas moléculas son iguales (oxigeno-oxigeno) se considera sustancia pura simple. Si tenemos un trozo de hierro puro y lo miramos por el microscopio veremos que está formado solo por átomos de Hierro, por lo tanto también es una sustancia pura simple. Las sustancias puras simples también se pueden llamar elementos, ya que las conocidas forman la llamada tabla periódica de los elementos.

      Compuestos Químicos : Formados por moléculas todas iguales. En este caso los átomos que forman las moléculas tienen que ser diferentes. Por ejemplo el agua, cuya fórmula es H₂O, moléculas todas iguales, y cada molécula estará formada por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O).

   Ahora vamos con la segunda forma de definirlas. Como el comportamiento químico de estos dos tipos de sustancias puras también es diferente podríamos definir los dos tipos de sustancias puras en función de su comportamiento químico.

   Sustancias Puras Simples o elementos:  son aquellas sustancias puras que no se pueden descomponer en otras más simples.

   Compuestos químicos : son aquellas sustancias puras que pueden descomponerse en otras más simples por métodos químicos (mediante reacciones).

   Veamos un ejemplo. El agua pura se puede descomponer mediante una reacción química en hidrógeno por un lado y oxígeno por otro. Pero el hidrógeno o el oxígeno no podríamos descomponerlos de ninguna forma en otra sustancia más simple. Por eso el agua pura sería un compuesto químico y el oxígeno y el hidrógeno son sustancias puras simples o elementos químicos.

   Veamos un esquema resumen de todo esto:


   Para cerrar, aunque no es parte de este tema, vamos a definir el otro tipo de materia llamado mezcla. Si quieres saber más puedes ir a este enlace Mezclas.

   Mezclas : Tipo de materia que está formada por más de un componente diferente, es decir por átomos de diferente tipo, moléculas de diferentes tipos, o mezclas de átomos y moléculas diferentes. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.  

Soluciones

Cuando tratamos el tema de SISTEMAS MATERIALES, vimos que dentro de los
SISTEMAS HOMOGÉNEOS había dos categorías de sistemas: las SUSTANCIAS
PURAS y las SOLUCIONES.
Recordemos lo que era una SOLUCIÓN
Toda SOLUCION tiene como mínimo dos componentes que se denominan SOLUTO y SOLVENTE o DISOLVENTE.

SOLUCION ES UN SISTEMA HOMOGENEO (UNA SOLA FASE) FORMADO POR DOS O MÁS COMPONENTES.
SOLUTO es el componente que se encuentra en menor proporción.
SOLVENTE es el componente que se encuentra en mayor proporción.

Una solución es una mezcla de dos o más sustancias en la que no es posible diferenciar los componentes. Una solución está formada por un solvente y uno o más solutos. El solvente es el componente que se encuentra en mayor proporción y se lo suele identificar con un líquido, por ejemplo el agua, pero también puede ser un gas o un sólido. El soluto es el componente que se encuentra en menor proporción y puede ser un sólido, como la sal de mesa (cloruro de sodio). Hay distintos tipos de soluciones según cuál sea el estado de agregación del soluto y del solvente. Por ejemplo, el aire es una solución donde el solvente es el nitrógeno, que constituye 78% del aire puro, y los demás gases: oxígeno, vapor de agua, dióxido de carbono y gases nobles son los solutos. Si el aire está contaminado contiene aún más gases disueltos en el nitrógeno.

La SOLUBILIDAD es una propiedad que depende de la temperatura, en general el valor de la solubilidad aumenta con la temperatura, es decir que a mayor temperatura mayor cantidad de soluto es la que se disuelve.
La solubilidad de una sustancia es la cantidad de esta sustancia que puede disolverse en una determinada cantidad de solvente; se puede expresar en gramos de sustancia por 100 cm3 de solvente. Cuanto mayor sea la masa que se disuelve, más soluble es la sustancia. La mayor parte de los compuestos iónicos son solubles en agua ya que, para disolverlos, las moléculas de agua pueden rodear a los iones y separarlos.

Existen distintos tipos de soluciones y que como en éste caso, esa clasificación depende  de la concentración, es decir de la cantidad de soluto que contenga una determinada cantidad de solución.
Por lo tanto y teniendo en cuenta éste criterio, las soluciones se pueden clasificar de la siguiente manera:
SOLUCIONES DILUIDAS: son las que contienen una baja cantidad de soluto disuelta.
SOLUCIONES CONCENTRADAS: son aquellas que contienen una cantidad mas  elevada de soluto, pero sin llegar al límite máximo.
SOLUCIONES SATURADAS: son aquellas que contienen la cantidad máxima de soluto que se puede disolver.

La concentración de una solución es la cantidad de soluto disuelto en una cierta cantidad de solvente o de solución. Por ejemplo, el vinagre es una solución acuosa al 5% de un compuesto llamado ácido acético; quiere decir que contiene 5 cm3 de este compuesto por cada 100 cm3 de solución, o sea por cada 95 cm3
de agua que se agrega. De acuerdo con la cantidad de soluto que contiene una determinada solución, se dice que ésta es concentrada o diluida. Dependiendo de la concentración que tenga, la solución de un mismo compuesto puede tener distintas aplicaciones. Por ejemplo, la solución de cloru ro de sodio muy concentrada se conoce como salmuera y se utiliza para salar alimentos y conservarlos, y una solución más diluida es la solución salina fisiológica, utilizada para limpiar lentes de contacto blandas.

Sistema materiales

Un sistema material es una porción de materia con distintas propiedades que se aísla, en forma real  o imaginaria, para su estudio.  Algunas de las propiedades de un sistema dependen de la cantidad de materia que contiene, y según la teoría cinético molecular, de la cantidad de partículas que la componen.  Esas propiedades se denominan propiedades generales o extensivas.

Un sistema material puede tener otras propiedades, que no dependen de la cantidad de materia y son las propiedades especificas o intensivas.

Supongamos que tenemos agua , la masa de agua está sometida a las mismas condiciones de presión y temperatura.  Se trata de un sistema material homogéneo de un solo componente y una sola fase.

Si nuestro sistema material se conformara de agua e hielo, la sustancia que compone el sistema sigue siendo agua, pero estará en dos estados de agregación  diferentes, uno sólido y uno líquido (que tienen distinta temperatura).  Por eso decimos que el sistema se halla formado por un solo componente en dos fases. Por lo tanto se tratará de un sistema heterogéneo.

Por lo tanto los sistemas materiales homogéneos son aquellos en los que no se pueden distinguir los materiales que los componen y además presentan las mismas propiedades en todo el sistema.

Los sistemas materiales heterogéneos son aquellos en los que se pueden ver los materiales que los componen y se pueden distinguir algunas propiedades de los mismos.

¿Que son las fases? La fase es cada una de las porciones homogéneas que forman un sistema, es decir a cada una de las capas o superficies que se pueden distinguir dentro de un sistema material.  Las fases pueden constituirse por uno o varios componentes.

Los componentes son las diferentes sustancias  que forman una fase o un sistema material.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE FASES Y DE FRACCIONAMIENTO

Métodos de separación de fases
Se denomina método de separación de fases a todo procedimiento mecánico que se le aplica a un sistema heterogéneo para obtener las fases que lo forman por separado.

Métodos para separar fases sólidas:

- Tría: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas de distinto tamaño pudiéndose una de ellas ser tomada con la mano o bien con una pinza. Ej.: arena y piedras.

- Tamización: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas de distinto tamaño. Ej.: talco de granos incompletamente molidos. Procedimiento: Se vierte el sistema sobre un tamiz o malla metálica. La fase de mayor tamaño queda en el tamiz y la de menor tamaño lo atraviesa.

- Levigación: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas de distinto peso. Ej.: pepitas de oro de la arcilla. Procedimiento: se somete al sistema a una corriente de agua. Ésta arrastra la fase más liviana y deja la más pesada.

- Imantación: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas, teniendo sólo una de ellas propiedad ferromagnética (propiedad que tienen los metales de ser atraídos por un imán). Ej.: arena y limaduras de hierro. Procedimiento: Se coloca el sistema sobre una hoja de papel. Se pasa el imán por debajo de la hoja. Al mover el imán arrastra con él a la sustancia que tiene propiedad ferromagnética y a la otra no.

- Flotación: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas, teniendo una de ellas la propiedad de flotar en un líquido. Ej.: arena y trozas de corcho. Procedimiento: se le agrega un líquido al sistema. La fase que flota se retira con una espátula y la otra se deposita en el fondo del recipiente. Se completa con algún método para separar sólido de líquido.

- Sublimación: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas, siendo una de ellas capaz de sublimar. Ej.: yodo en polvo y azufre en polvo. Procedimiento: se calienta el sistema, la fase sublimable se transforma en vapor, adoptando luego nuevamente el estado sólido al tomar contacto con una superficie fría.

- Solubilización: es un método que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos fases sólidas, siendo sólo una de ellas soluble en algún solvente. Este método no separa las fases del sistema sino que lo transforma en un sistema con una fase sólida y una líquida, al que se le aplicará un método de separación de fases para este tipo de sistemas materiales. Ej.: arena y sal. Procedimiento: se le agrega al sistema un líquido que disuelva totalmente sólo a una de las fases; transformándose así el sistema formado por dos fases sólidas, en otro formado por una fase sólida y una líquida. Se completa con un método de separación de fases para sistemas formados por sólido y líquido.

Métodos para separar fases sólidas y líquidas:

- Filtración: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por una fase sólida y una líquida. Ej.: arena y agua. Procedimiento: se vuelca el sistema en un filtro, la fase líquida lo atraviesa, quedando retenida en él la fase sólida.

- Sedimentaciòn: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por una fase sólida y una líquida. Ej.: agua y arena. Procedimiento: se deja en reposo el sistema hasta que el sólido se deposite totalmente en el fondo del recipiente, es decir hasta que sedimente. Luego, se inclina el recipiente para que el líquido escurra y se completa la extracción del líquido por succión con una pipeta o sifón.

- Evaporación: es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por una fase sólida y una líquida, ésta última en pequeñas cantidades. Ej.: arena mojada. Procedimiento: se deja el sistema en reposo, hasta que la fase líquida se evapore.

Método para separar líquidos:

- Decantación: Es un método de separación de fases que se aplica a un sistema heterogéneo formado por dos líquidos no miscibles (no se disuelve uno en el otro) de distinta densidad. Ej.: agua y nafta. Procedimiento: se deja el sistema en reposo, por diferencia de densidad, la fase más densa se deposita en el fondo del recipiente y la menos densa sobrenada. En el laboratorio se utiliza un recipiente llamado ampolla de decantación que consta en su parte inferior de una llave. Cuando ésta se abre cae la fase más densa, manteniéndose abierta hasta que está por caer la fase menos densa, es decir se cierra la llave para que no caiga la otra fase. 

-Centrifugación.

En esta técnica de separación de sólidos y líquidos se emplea la fuerza centrífuga de unsistema (mecánico o eléctrico) que hace girar la muestra a gran velocidad (de unas 2000a  80000 rpm), lo que acelera la separación de fases con respecto a las otras técnicas en que sólo se emplea la fuerza gravitatoria. Los tubos empleados son, con el fondo cónico y, dada su fragilidad, van colocados en unos soportes metálicos.

Métodos de fraccionamiento:

Se denomina método de fraccionamiento a todo procedimiento físico- mecánico que se le aplica a un sistema homogéneo para obtener los componentes que lo forman por separado.
Algunos de ellos son:

- Destilación: es un método de fraccionamiento que se aplica a una solución que debe tener por lo menos un componente líquido. Consiste en transformar un líquido en vapor y luego condensar el vapor por enfriamiento.
Hay dos tipos de destilaciones:

a) Destilación simple: es un método de fraccionamiento que se aplica a una solución formada por un componente sólido y uno líquido. Ej.: agua salada. Procedimiento: Se calienta la solución hasta el punto de ebullición del componente líquido. Éste se vaporiza, separándose del componente sólido. Luego los vapores se enfrían hasta que se condensan, obteniéndose así nuevamente el componente líquido separado del sólido que quedó en el fondo del recipiente.
b) Destilación fraccionada: es un método de fraccionamiento que se aplica a una solución formada por dos componentes líquidos volátiles que tengan puntos de ebullición bien diferenciados. Ej.: destilación del petróleo para obtener sus distintos subproductos, solución acuosa de alcohol. Procedimiento: se calienta la solución hasta el punto de ebullición más bajo de uno de los componentes. Éste se vaporiza, separándose del otro líquido. Luego los vapores se enfrían hasta que se condensan, obteniéndose así este componente en estado líquido separado del otro que quedó en el fondo del recipiente.

- Cristalización: es un método de fraccionamiento que se aplica a una solución formada por un componente líquido y uno sólido que tenga la propiedad de cristalizar. Ej.: agua salada. Procedimiento: Se deja el sistema en reposo hasta que la fase líquida se evapore, obteniéndose en el recipiente el componente sólido en forma de cristales.