martes, 10 de mayo de 2011

Los materiales y las mezclas

En principio podemos decir que la materia es todo aquello que tiene volumen, posee masa propia y puede ser captado por nuestros sentidos.

-La materia tiene volumen porque ocupa un lugar en el espacio. Esta propiedad puede medirse y expresarse en unidades como, por ejemplo, el litro.
-La materia posee masa propia, es decir, se presenta en una determinada cantidad que es la misma, aún en diferentes lugares del Universo. Su valor se expresa en diferentes unidades como por ejemplo: kg.
Tanto el volumen como la masa son propiedades comunes a toda la materia y dependen de su cantidad. Se las conoce como propiedades extensivas. Por ejemplo: dos litros de agua ocupan el doble de espacio y tienen el doble de materia que un litro de agua.
-La materia puede ser captada por nuestros sentidos. La percibimos con la vista, tacto, oído y olfato pero de diferentes maneras.
-La materia se presenta en tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

Los sistemas materiales

Para estudiar la materia los químicos pueden recortar una porción de materia, en forma real o ficticia. Esa porción limitada de ella se denomina sistema material.

La clasificación de los materiales

Los materiales son agrupados por su origen; para lo cual hay que considerar de donde provienen. Se pueden agrupar en:
-Materiales de origen vegetal: por ejemplo, la madera que usamos para hacer muebles o papel.
-Materiales de origen animal: como la leche que se utiliza para fabricar queso.
-Materiales de origen mineral: el vidrio que se utiliza para las puertas y ventanas.
-Materiales naturales: son aquellos que se encuentran en la naturaleza, aunque reciban algún tratamiento previo a su uso. Ej: el algodón y el cuero.
-Materiales artificiales: están elaborados a partir de materiales naturales, pero no se encuentran en la naturaleza, ej: los plásticos.

Las propiedades intensivas de la materia

Muchas de las propiedades que cada tipo de materia posee sirve para caracterizarla y diferenciarla de los otros tipos. Estas propiedades de denominan propiedades intensivas, pueden ser físicas o químicas y a diferencia de las propiedades extensivas, no dependen de la cantidad de materia.
La materia tiene muchas propiedades intensivas:
-La densidad: es la cantidad de materia que contiene un volumen determinado de un sistema material.
-Las propiedades sensoriales: el color, el sabor, el brillo, el olor, la transparencia, etc., son propiedades muy útiles cuando hay que diferenciar un objeto de otro.¨
-Los estados de agregación: en nuestro planeta la materia se presenta en diferentes estados de agregación que dependerán de la temperatura y la presión a las cuales se encuentre, ej: a temperatura ambiente y a presión normal, el mercurio que se usa en los termómetros está en estado líquido, el aire que respiramos está en estado gaseoso y la sal que usamos para condimentar las comidas está en estado sólido.
En la naturaleza, las condiciones de temperatura y presión pueden modificarse, entonces las materia suele experimentar el pasaje de un estado a otro. Este fenómeno se denomina cambio de estado.
Si se modifican las condiciones de temperatura o presión, o las dos a la vez, los diferentes tipos de materia pueden pasar de un estado de agregación a otro.
Para que la materia pase de estado sólido a líquido, debe alcanzar cierta temperatura conocida como punto de fusión, ej: el punto de fusión es de 1083 °C (a presión normal).
-El punto de ebullición: es la temperatura a la cual la materia pasa de estado líquido a gaseoso, ej: el punto de ebullición del agua es de 100°C (a presión normal).
- La solubilidad: es la propiedad que tiene determinado tipo de materia de disolverse en otra a cierta temperatura y presión, ej: en la soda está disuelto un gas (dióxido de carbono) en el agua.
-Las propiedades térmicas y eléctricas: algunos materiales posee la capacidad para conducir el calor y la electricidad, por lo cual, se los denomina materiales conductores como por ejemplo los metales. Hay otros en cambio, que impiden el paso del calor o la electricidad y se llaman materiales aislantes como los plásticos.
-Las propiedades mecánicas: para saber cual es el material más adecuado para fabricar uno u otro objeto hay que considerar además de las propiedades anteriores, sus propiedades mecánicas.

Las propiedades intensivas químicas de la materia

El segundo grupo de propiedades intensivas de los materiales esta relacionada con la posibilidad que tiene un materia de reaccionar o combinarse químicamente con otro. Se trata de las propiedades químicas.

- Por qué se usa un recipiente de metal y no uno de madera para calentar los alimentos?
Entre otras cosas, porque si calentamos la madera en la hornalla, aumenta su temperatura y reacciona con el oxígeno del aire, produciéndose la combustión de este material, es decir, se quema. Se sabe que la reacción química entre la madera y el oxígeno (combustión) produce dióxido de carbono, agua, y desprendimiento de calor y de luz. Lo importante de este concepto es saber que si no hubiese oxígeno en el aire nada se quemaría.

Por qué los autos están pintados?
Es para proteger de la oxidación la chapa de hierro con la que está hecho el vehículo. De esta manera se evita que el material reaccione con el oxígeno del aire, y la capa de óxido termine picando la chapa.
Es por eso que para fabricar objetos que tienen usos muy especiales, como ciertos instrumentos de cirugía se utilizan materiales con gran estabilidad química, es decir, que no reaccionan químicamente cuando entran en contacto con otros materiales; ej: acero inoxidable.

Por qué determinados materiales deben permanecer alejados de los ácidos o bases?

Los ácidos y las bases atacan (reaccionan) determinados materiales, como el mármol y el vidrio, produciéndoles un gran deterioro.

Las sustancias y las mezclas

Los sistemas materiales pueden estar formados por un solo tipo de materia o por más de un tipo de materia.
Ej: el sistema material lápiz. El lápiz es un sistema material formado por tres materiales, pero a su vez, cada material es un sistema material, uno homogéneo (como el grafito) y dos heterogéneos (la cubierta de madera y la pintura).
La mina del lápiz está hecha de grafito, un material formado por un solo tipo de materia.
El grafito es un sistema homogéneo porque los valores de las propiedades intensivas se mantienen constantes en todos los puntos del sistema.
El grafito es el único componente del sistema material mina.
El grafito es una sustancia, es una variedad de la sustancia carbono.

El cuerpo del lápiz es de madera. La madera es una mezcla heterogénea formada por tres sustancias o componentes: la celulosa, la hemicelulosa y la lignina.
Salvo en raras excepciones en la Naturaleza es muy difícil encontrar materiales formados por una sola sustancia, por lo general, se presentan mezclas de sustancias. Las mezclas resultan de la reunión de dos o más sustancias que permanecen en contacto pero no se combinan entre sí. Además sus componentes pueden separarse a través de alguna técnica.

La pintura al igual que la madera es una mezcla heterogénea, ya que la pintura está constituida por cuatro componentes: un pigmento, un aglutinante, un solvente y aditivos. Antes de utilizar la pintura hay que mezclar bien el contenido, porque si dejamos la lata de pintura en reposo mucho tiempo, los componentes de la pintura tienden a separarse y formar fases.

Cada fase es una porción de un sistema material donde los valores de las propiedades intensivas se mantienen constantes.

Solución y Sustancia

Una sustancia es un sistema homogéneo que posee un solo componente con propiedades intensivas constantes. Por ejemplo: el agua líquida, el hielo y el vapor de agua tienen en común la sustancia agua.
Una solución es un sistema homogéneo constituido por dos o más sustancias puras o especies químicas. Cuando una sustancia sólida se mezcla con un líquido de tal forma que no puede distinguirse en él, se dice que la sustancia ha sido disuelta por el líquido. A la mezcla homogénea así formada se la llama solución.

Las mezclas homogéneas

Hay mezclas en donde los componentes ya no se distinguen una vez que fueron mezclados, estas reciben el nombre de mezclas homogéneas y sus componentes se visualizan en una sola fase. Los químicos denominan soluciones a este tipo de mezclas. Un ejemplo muy común es el jugo de naranja en polvo disuelto en agua, después de mezclar ambos ingredientes (componentes) sólo vemos un líquido naranja homogéneo.
En ningún caso podemos distinguir los componentes que forman cada una de las soluciones.

Las mezclas heterogéneas

Son aquellas mezclas en donde podemos visualizar los componentes y sus distintas fases. ej: agua y arena, aceite y agua, etc.

Separación de fases

Las fases de las mezclas heterogéneas suelen distinguirse a simple vista, pero a veces para verlas debemos contar con la ayuda de ciertos instrumentos.

Métodos de separación de sistemas heterogéneos

Separar un sistema heterogéneo significa dividirlo en sus fases constitutivas. Para lograrlo se aplican métodos físicos que aprovechan las diferentes propiedades de los componentes del sistema.

Sedimentación y decantación : permiten separar las fases de un sistema cuyos componentes presentan gran diferencia de densidad. Ej: un vaso que contiene un sistema formado por una suspención de arena y agua; si el sistema se deja en reposo, por acción de la gravedad la arena se va depositando en el fondo, es decir, sedimenta. El agua sobrenadante puede separarse traspasándola a otro recipiente mediante la ayuda de una varilla de vidrio. Este proceso se denomina decantación.
Si la diferencia de densidad no es grande, se puede acelerar la sediemntación mediante la centrifugación que realiza una máquina centrífuga.
Si el sistema está formado por dos fases líquida de diferente densidad, como el agua y el aceite, es posible separarlas mediante una ampolla de decantación. El aceite es insoluble en agua, la que al ser más densa queda en el fondo de la ampolla. Luego, abriendo la llave de la ampolla, se separa toda el agua que es recogida es un vaso precipitado, quedando el aceite en la ampolla.
Un método que aprovecha la diferencia en el tamaño de las partículas de un sistema formado por dos componentes sólidos es la tamización. Para lograr la separación se utiliza un tamiz que retiene las partículas más gruesas, dejando pasar las de menor tamaño.
La filtración es un método de separación que permite la separación de un sistema en el que hay un sólido disperso en un líquido, mediante un filtro. La fase sólida es retenida por el filtro mientras que la líquida pasa a través de él, como sucede cuando se prepara café de filtro.
La disolución es un método que se utiliza para separar dos fases sólidas que tienen partículas de similar tamaño, cuando una de las fases se disuelve en un solvente dado y la otra no. Luego se puede complementar la separación filtrando el sistema.

Métodos de separación de sistemas homogéneos

Destilación: permite lograr la separación de los componentes de una solución líquida. Consiste en el calentamiento del sistema y la posterior condensación de los vapores producidos, al hacerlos pasar a través de un tubo refrigerante.

Cristalización: se utiliza para separar un sólido de la solución en la que se halla disuelto, mediante el enfriamiento del sistema.