Sistemas Materiales

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UNIDAD N° 2: Los sistemas materiales y su composición

Sistemas materiales

Sistemas materiales

Es toda porción de materia que aislamos para su estudio. Ejemplos de sistemas materiales son: el agua

contenida en un vaso, el riachuelo, etc.

Los sistemas materiales según sea su relación con el medio pueden ser:

- aislados: son los sistemas que no intercambian ni materia ni energía con el medio que los rodea

(ejemplo: el agua contenida en un termo).

- cerrados: son los sistemas que no intercambian materia, es decir su masa permanece invariable, pero

si pueden intercambiar energía. (por ejemplo: el agua contenida en una botella cerrada, puede aumentar

o disminuir su temperatura)

- abiertos: cuando existe intercambio de materia y energía con el medio. (Ejemplo: el agua de un lago

que por evaporación disminuye su masa)

Clasificación

De acuerdo con sus propiedades intensivas podemos clasificar a los sistemas materiales en homogéneos

y heterogéneos.

Sistemas homogéneos: son los que presentan las mismas propiedades intensivas en todas sus partes.

Ejemplo agua pura, cualquier fracción de ella que se considere tiene la misma densidad, el mismo

punto de fusión, etc. Decimos que este sistema tiene una sola fase.

Los sistemas homogéneos pueden ser una sustancia pura o soluciones. Por ejemplo, azúcar; agua

destilada; aceite; Hierro, son cada uno de ellos sistemas homogéneos formados por una sustancia pura.

En cambio agua de mar filtrada, agua azucarada, son sistemas homogéneos pues no presentan

superficies de separación pero están formados por al menos dos sustancias, a estos sistemas se los

denomina soluciones.

Sistemas heterogéneos: son los que presentan variaciones de por lo menos una propiedad intensiva en

alguno de sus puntos. Por ejemplo el granito, constituido por cuarzo, mica y feldespato; el agua de mar

que contiene arena, el agua con hielo, etc.

Fase: es toda porción de un sistema que presenta iguales propiedades intensivas, o sea es cada uno de

los sistemas homogéneos que forman un sistema heterogéneo y está separado del resto del sistema por

superficies bien definidas llamadas interfases. Las superficies de contacto entre el agua y el aceite

agitados constituyen un ejemplo de interfase.

Deben diferenciarse los términos componente y fase. Por ejemplo el sistema formado por agua, hielo,

aire y arena, podemos distinguir 4 fases y 3 componentes; las fases son agua, hielo, aire y arena; los

componentes son agua, aire y arena.

Sistema inhomogéneo: hay otra clase de sistemas materiales menos frecuentes, en las cuales las

interfases no están bien definidas. El ejemplo típico es la atmósfera, el la cual las propiedades

intensivas varían gradualmente con la altura.

Ejemplos de sistemas heterogéneos

Sistema heterogéneo de 3 fases y 3 componentes

Fases: hielo, solución de agua salada, arena

Componentes: arena, sal, agua (líquida y sólida)

Sistema heterogéneo de 2 fases y 2

componentes

Fases: agua, aceite

Componentes: agua, aceite

El granito es un sistema heterogéneo

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sistema heterogéneo de 2 fases sistema heterogéneo de 3 fases

Dispersiones

Son sistemas heterogéneos bifásicos en los que una de las fases, llamada fase dispersante, es continua y

es la que se encuentra en mayor proporción, la otra fase es discontinua, se llama fase dispersa y se

distribuye en la fase dispersante sin separarse de ella.

Dispersión Fase dispersa Fase dispersante

Tinta china Sólido Líquido

Aceite y agua Líquido Líquido

Espuma Gas Líquido

Agregado de carbono en

cristales

Sólido Sólido

Esponja (agua en cristales) Líquido Sólido

Piedra pómez Gas Sólido

Humo Sólido Gas

Niebla Líquido Gas

Las dispersiones pueden ser:

a) Macroscópicas o groseras: las partículas dispersas se perciben a simple vista, son mayores de

500.000 A (50 μ). Por ej., el granito formado por cuarzo, mica y feldepasto.

b) Finas: las partículas dispersas son visibles al microscopio. Su tamaño está comprendido entre

500.000 A (50 μ) y 1000 A (0.1 μ). Toman distintos nombres según el estado físico de las fases

dispersa y dispersante. Las dispersiones finas se clasifican en:

1) Emulsiones: ambas fases son líquidas. Ej. : agua y aceite agitados, la leche constituida por crema y

suero.

2) Suspensiones: la fase dispersante es líquida y la dispersa sólida. Ej. Tinta china, (agua y negro de

humo).

c) Coloidales: las partículas dispersas (llamadas micelas) son visibles al ultramicroscopio o

microscopio electrónico. Su tamaño está comprendido entre 1000 A (0.1 μ) y 10 A (0.001 μ). Estos

sistemas coloidales deben diferenciarse de las soluciones, que son sistemas homogéneos en los que el

tamaño de las partículas (moléculas o iones) es menor de 10A. Las dispersiones coloidales se separan

únicamente por membranas semipermeables que tienen la particularidad de poder ser atravesadas por

los solventes y no por los coloides. Cuando las micelas de un sistema coloidal se encuentran dispersas

en una cantidad suficiente de líquido al sistema se lo denomina SOL. Si las micelas se separan forman

una masa denominada GEL.

El pasaje de SOL a GEL puede ser reversible o no. Si es reversible se denomina precipitación y el GEL

puede volver a transformarse en SOL. Cuando el proceso es irreversible se denomina coagulación.

Los sistemas coloidales se caracterizan porque sus micelas son retenidas por ultrafiltración (pasaje a

través de filtros de poros muy pequeños). La iluminación lateral de un sistema coloidal permite

observar la marcha del rayo luminoso dentro del mismo (efecto Tyndall) debido a la difracción de la

luz al incidir sobre las micelas. Las micelas se observan animadas de un movimiento desordenado y

zigzagueante (movimiento Browniano). Las micelas coloidales pueden migrar en un campo eléctrico

(están cargadas) hacia los electrodos (electroforesis). Las micelas con cargas positivas migran al polo

negativo (cátodo) y las que tienen carga negativa lo hacen hacia el polo positivo (ánodo).

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Métodos de separación de fases de Sistemas Heterogéneos

a) Disolución o solubilización: se aprovecha la diferente solubilidad de dos sólidos en un determinado

solvente. Por ejemplo, para separar sal y granito, se disuelve la sal en agua y luego se completa la

separación por otro método como la filtración.

b) Filtración: se basa en el empleo de un material filtrante (papel, vidrio poroso, etc.) que separa una

fase sólida, que queda retenida en el filtro, de una fase líquida.

c) Sedimentación: permite separar fases sólidas de líquidas o líquidas de líquidas mediante el depósito

de una de las fases en el fondo de un recipiente. Se completa con la decantación.

d) Decantación: se usa para separar un sólido de un líquido o dos líquidos no miscibles entre sí.

Consiste en volcar cuidadosamente la fase líquida superior a otro recipiente o en utilizar «ampollas de

decantación» que, mediante una llave que abre y cierra la salida de líquido, permite separar las dos

fases dejando escurrir la fase líquida inferior.

e) Centrifugación: permite separar fases sólidas de liquidas o líquidas entre sí por acción de una fuerza

centrífuga. Se debe completar con la decantación de la fase líquida superior.

f) Levigación: permite separar fases sólidas entre sí por acción de una corriente de agua que arrastra la

más liviana y deja la más pesada. Por ej. con las arenas auríferas, el agua lleva la arena y deja el oro,

más pesado.

g) Tamización: completa la levigación. El tamiz deja pasar agua y arena fina y retiene el oro y la arena

gruesa. Puede usarse para separar sólidos, por ejemplo, harina de cereales de la cáscara.

h) Sublimación: existen sustancias (iodo, alcanfor, naftaleno, etc.) que tienen la propiedad de sublimar,

es decir pasar directamente del estado gaseoso al sólido sin pasar por el estado líquido. Este método se

usa para separar sistemas heterogéneos constituidos por dos fases sólidas una de las cuales puede

sublimar y la otra no.

Por ejemplo, el sistema arena-iodo: al calentar este sistema en un recipiente, el iodo pasa al estado de

vapor, el cual al chocar contra una superficie fría, sublima pasando nuevamente a iodo sólido. Así, al

dejar de calentar queda el iodo sólido en la parte superior y arena en la parte inferior del recipiente

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I) Magnetismo: permite separar sólidos con capacidad de ser atraídos por un imán de otras fases. Por

ej. si tenemos un sistema constituido por arena y limaduras de hierro, el imán atraerá a las limaduras:

Conclusiones:

Para separar dos fases sólidas se pueden usar:

1) disolución: cuando una de las fases es soluble en un solvente y la otra no.

2) levigación: cuando una fase es más liviana y puede ser arrastrada por una corriente de agua

3) tamización: cuando una de las fases tiene un grado de división mayor que la otra y atraviesa

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