Bloque II. Las propiedades de los materiales y su clasificación química.

IX. Aportaciones de Lavoisier.

Su mayor contribución es la formulación del Principio de conservación de la materia, redactado en su Tratado elemental de química 1789 y la fundación de la Química cuantitativa.

Sus investigaciones le llevan a comprobar la existencia del flogisto, sustancia sobre la que pensaba era componente de los cuerpos y se desprendía mediante la aplicación calor. En su Método de nomenclatura química, publicado en 1787, clasifica y sistematiza la formulación de las reacciones químicas. 

Fue uno de los protagonistas principales de la revolución científica que condujo a la consolidación de la química, por lo que es considerado el fundador de la química moderna.

Realizó los primeros experimentos químicos realmente cuantitativos. Demostró que en una reacción,la cantidad de materia siempre es la misma al final y al comienzo de la reacción. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la ley de la conservación de la materia.

Investigó la composición del agua y denominó a sus componentes Oxígeno e Hidrógeno. Algunos de los experimentos más importantes de Lavoisier examinaron la naturaleza de la combustión, demostrando que es un proceso en el que se produce la combinación de una sustancia con Oxígeno. También reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas.

Concibió el Método de nomenclatura química (1787). En el Tratado elemental de química (1789), aclaró el concepto de elemento como una sustancia simple que no se puede dividir mediante ningún método de análisis químico conocido, y elaboró una teoría de la formación de compuestos a partir de los elementos. También escribió sobre la combustión (1777) y consideraciones sobre la naturaleza de los ácidos (1778).

VIII. Partes por millón

  Son las partes de masa de soluto por un millón de partes de masa de solución.

  Esta concentración se utiliza para soluciones muy diluidas como en el análisis de agua o preparaciones biológicas.

  En estas soluciones muy diluidas, su densidad es muy cercana a la del agua y se supone que la densidad de la solución es de 1.00 g/mL. Por lo anterior, se puede hacer la simplificación de mg soluto/Litro de solución.

VII. Concentración en masa y volumen.

     Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales.

     Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.

Características de las soluciones (o disoluciones): 

* Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc. 

* Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía. 

* Los componentes de una solución son soluto y solvente. 

Soluto, es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve, puede ser sólido, líquido o gas.

Solvente, es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el más común es el agua.

     Las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto  y de solvente  de una disolución  se utiliza una magnitud denominada  concentración. 

     La concentración se refiere a la cantidad de soluto que hay en una masa o volumen determinado de solución o solvente. Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas,  sobresaturadas.  

Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña.  Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua. 

Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande.  Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa  en 100 gramos de agua.  

Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto.  Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C. Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.  

Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso.

     Para determinar la concentración en las disoluciones:

  Porcentaje en masa (% masa) = (masa de soluto / masa de disolución) . 100

Porcentaje en volumen (% volumen) = (volumen de soluto / volumen de disolución) .100

                                                    

V y VI. Tipos de mezclas

     Son materiales que contienen dos o más sustancias simple, que pueden ser separadas tomando como base las propiedades características de cada una de ellas. Su composición es variable.

     La materia puede presentarse en dos formas distintas, homogéneas y heterogéneas, según que sean completamente uniformes, esto es, que sus propiedades y composición sean las mismas en cualquier punto de la misma o bien que esté formada por dos o más porciones diferentes, separadas por la superficie definidas a través de las cuales las propiedades cambian bruscamente.

                                                      

Un material heterogéneo es una mezcla y cada porción homogénea de la misma constituye, desde el punto de vista químico, una fase. Los componentes individuales en una mezcla heterogénea están físicamente separados y pueden observarse como tales. Estos componentes se pueden recuperar por procedimientos físicos, como la filtración, la decantación o la separación magnética.

Filtración: separa sólidos de líquidos. Cuando un sólido no es soluble se hace pasar la mezcla a través de un material poroso, una tela o un papel filtro.

                                                 

Decantación: separa un líquido de otro líquido que se encuentran formando un mezcla heterogénea en la cual uno de los líquidos flotará y el otro se hundirá, facilitando su separación.

                                                                

Magnetismo: algunas sustancias tienen propiedades magnéticas, es decir, son atraídas por imanes. Para reconocerlas se pone un imán que atrae las sustancias magnéticas y las separa de las que no lo son.

                                                       

En una mezcla homogénea o disolución el aspecto y la composición son uniformes en todas las partes de la misma. El componente que está en mayor proporción y que generalmente es líquido se denomina disolvente, y el que está en menor proporción soluto. Las disoluciones pueden ser sólidas y gaseosas, pero la mayoría de ellas son líquidas. Para separar los componentes de una disolución se utilizan técnicas como la cromatografía, la destilación, evaporación o la cristalización fraccionada.

Destilación: separa mezclas homogéneas generalmente liquidas. Se basa en el punto de ebullición de los líquidos. Cuando el líquido que alcanza la ebullición primero comienza a pasar a estado de vapor, se mantiene la temperatura de tal manera que no se eleve y el otro líquido no ebulla. El vapor del líquido que embulle se enfría para recuperarlo en forma de líquido en otro recipiente.

                                                          

Evaporación: separa líquidos de sólidos, por efecto de calentamiento, el líquido alcanza su punto de ebullición y se evapora dejando el sólido en el recipiente que contiene la mezcla.

                                                    

Cristalización: este método se basa en los puntos de solidificación de los componentes de la mezcla a separar. La solución se enfría, cuando uno de los componentes inicia su proceso de solidificación se mantiene contante la temperatura para evitar que el segundo componente comience también a solidificarse o cristalizarse. Cuando la primera sustancia se cristaliza queda libre las partículas de la otra sustancia que formaba parte de la mezcla.

                                                           

Cromatografía: este método se basa en la separación de una mezcla por dispersión de la misma, utilizando diluyentes que distribuyen los componentes de la mezcla a través de un material como el papel en el caso de la cromatografía de papel. Hay otras clases de cromatografía como la de gases, en capa fina, en líquido, en fase de vapor, que basan sus diferencias en el material utilizado para dispersar los componentes de la mezcla inicial. El nombre de cromatografía se debe a que en la parte visible, en la separación de la mezcla, se diferencian los colores de los componentes de la misma. Cromo = color

                                                       

IV. Instrumentos de medición.

:La mayoría de las etapas del método científico, especialmente la experimentación se realizan en el laboratorio. En esta fase las mediciones juegan un papel importante, razón que hace indispensable los instrumentos de medición.

Para medir longitudes los instrumentos más usados son las reglas y cintas, graduadas generalmente en decímetros, centímetros y milímetros. Las reglas metálicas, madera, plásticas, con divisiones que van desde el centímetro y milímetro son usadas para realizar mediciones más precisas menores de un metro.

                                       

Otros instrumentos utilizados para realizar medidas directas con mayor precisión son: El calibrador tipo vernier que alcanza mediciones hasta 0.1 mm, también conocido como nonio o pie de rey.

                                        

El tornillo micrométrico, su funcionamiento está basado en el movimiento de un tornillo que se hace girar dentro de una tuerca, se utiliza para medir diámetros pequeños.   

                                          

Para medir masa en el laboratorio se utilizan balanzas. Hay diferentes tipos, desde la balanza de platillo la moderna balanza electrónica, en la que basta colocar un objeto en el platillo para que aparezca la lectura de la medida en la pantalla. Con la balanza comparamos una masa desconocida con una conocida, obteniendo la medida deseada.

                                           

Para medir volumen. En el laboratorio, para medir volúmenes utilizamos probetas, erlenmeyer, vasos de precipitados, pipetas y buretas.  

La Probeta: Es un instrumento muy utilizado en el laboratorio para medir el volumen de los líquidos, vienen con capacidad para diferentes volúmenes y graduadas en centímetros cúbicos o milímetros. Al medirse el volumen de un líquido se debe escoger la probeta adecuada, teniendo en cuenta que su volumen máximo sea suficiente para y que las divisiones de su escala permitan llevar a cabo la medida  con exactitud, también es usada para determinar volúmenes de cuerpos irregulares.

                                                               

La bureta: Es un instrumento indicado especialmente para trasvasar determinados volúmenes de líquidos. Puede tener una llave de cierre y está graduada en mililitros (ml).

                               

La Pipeta: Se utiliza para medir líquidos. Estos pasan a la pipeta por succión. La succión se debe realizar con una pera de goma, nunca con la boca.  

                                                                                                 

Vaso de precipitados y matraz de Erlenmeyer: Con el vaso de precipitados y el matraz de Erlenmeyer podemos medir volúmenes, pues vienen graduados en mililitros y los hay de diferente capacidad.

                                                                       

Para medir tiempo, cronómetro y el reloj: Son utilizados para medir el tiempo, que es una variable muy importante, cuando se realzan ciertas prácticas experimentales en el laboratorio. El cronómetro es de uso común en los centros de salud, en actividades deportivas como la competencia cerrada. Cuando necesitamos medir tiempos muy cortos, lo recomendable es usar el cronómetro

                                                      

III. Cualidades Intensivas y Extensivas de la materia.

                                                   

                                               Propiedades Extensivas:

     Son aquellas que si dependen de la cantidad de materia en una sustancia. Por ejemplo cuando hablamos del volumen de un cuerpo veremos que este varía dependiendo si tiene mas o menos masa. Dos litros de agua tendrán mas masa que 500 cm3 (medio litro) y por ende más volumen. Si comparamos dos objetos del mismo grosor pero de distinta longitud como dos lápices sabremos que el mas largo tendrá mas masa. Volumen, longitud, masa, peso, etc constituyen así propiedades extensivas de la materia.

Peso: es la relación existente entre la fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre determinada cantidad de masa, este depende de la fuerza de gravedad,  la posición relativa y la masa de los objetos. La unidad de medida del peso es el Newton

Volumen: el volumen es una magnitud física derivada,  se define como el espacio que ocupa un cuerpo en el universo, las unidades para medirlo son el metro cubico, centímetro cubico, litro, mililitro.

Longitud: la longitud se es una magnitud que mide  la distancia entre dos puntos, también puede considerarse como la medida de cada una de las dimensiones de un cuerpo: la unidad de medida de la longitud en el sistema métrico decimal es el metro

Masa: la masa de define como la cantidad de materia que contiene un cuerpo, en muchas ocasiones se confunden los términos de masa y peso y esta última es una unidad de fuerza a diferencia de la masa que es una magnitud escalar, la  unidad de masa en el sistema internacional de unidades es el kilogramo

                                           

                                                 Propiedades Intensivas: 

     En el caso de las propiedades intensivas, estas no dependen de la cantidad de materia en una sustancia o cuerpo. Por ejemplo cuando medimos el punto de ebullición del agua, que es de 100°C ante una presión externa de 1 atmósfera, obtendremos el mismo valor si se trata de un litro de agua o dos o tres o 200 cm3. Lo mismo con el punto de congelación. El agua a 0°C comienza a solidificarse a una presión externa de una atmósfera, pero será la misma temperatura para un cubito de hielo que se forme o para una masa mayor. La densidad o peso específico de una sustancia también es un ejemplo claro de esto. Como sabemos la densidad es la relación entre la masa y el volumen que ocupa un cuerpo. Si aumenta la masa aumentará también el volumen, por lo tanto el valor de la densidad se mantendrá constante. Por ejemplo, la densidad del aluminio es de 2,7 gr/cm3 (gramos por centímetro cúbico). No importa si se trata de 600 gramos de aluminio o de 4 kilogramos. Otras comunes son color, olor o sabor.

Existen otras no tan comunes en los cursos básicos de química o física como índice de refracción, viscosidad, grado de dureza, etc.

Densidad: se define a esta como la relación existente entre la cantidad de materia que posee un cuerpo y el espacio que esta ocupa (relación de masa entre volumen), D=m/v la unidad de medida de la densidad es Kg/mt³, gr/cm³, la densidad es una magnitud intensiva.

Punto de ebullición: en un sistema líquido se considera el punto de ebullición a la temperatura en donde  la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido.  Cuando se cumple esta condición, se forma vapor en cualquier parte del líquido, en otras palabras el punto de ebullición es la temperatura en donde el estado líquido pasa a estado gaseoso o al revés.

Punto de fusión: esta propiedad intensiva se refiere a la temperatura en la cual el estado sólido y líquido de una sustancia coexisten en equilibrio térmico, esto es a una presión de una atmósfera

Coeficiente de solubilidad: Se llama coeficiente de solubilidad, al cociente entre el volumen de gas disuelto y el volumen de solvente, cuando el gas en contacto con el líquido se halla a la presión parcial de 1 atmósfera absoluta

Indice de refracción: de una sustancia o un medio transparente, es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia o el medio transparente. 

Este número, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante característica de cada medio y representa el número de veces que es mayor la velocidad de la luz en el vacío que en ese medio. 

El índice de refracción se mide con un aparato llamado refractómetro en el que se compara el ángulo de incidencia con el ángulo de refracción de la luz de una longitud de onda específica

II. Teoría cinético - molecular.

       Esta teoría describe el comportamiento y las propiedades de la materia en base a cuatro postulados: 

• La materia está constituida por partículas que pueden ser átomos ó moléculas cuyo tamaño y forma característicos permanecen el estado sólido, líquido ó gas.

• Estas partículas están en continuo movimiento aleatorio. En los sólidos y líquidos los movimientos están limitados por las fuerzas cohesivas, las cuales hay que vencer para fundir un sólido ó evaporar un líquido. 

• La energía depende de la temperatura. A mayor temperatura más movimiento y mayor energía cinética. 

Las colisiones entre partículas son elásticas. En una colisión la energía cinética de una partícula se transfiere a otra sin pérdidas de la energía global. 

I. Aportaciones de la química a la satisfacción de necesidades básicas.

       La Química está en todas partes. Tiene que ver con el aire que respiramos, nuestros alimentos, la ropa que usamos, los autos que conducimos, las construcciones que habitamos y donde trabajamos, interviene también en todo lo que hacemos.
        Cada vez que te lavas las manos, comes un emparedado, tomas una fotografía o enciendes un cerillo... suceden reacciones químicas. Incluso mientras duermes, en todo tu organismo se llevan a cabo sin cesar reacciones químicas.
        Los medios de comunicación suelen mencionar sustancias químicas que son dañinas.
        Gracias a las aportaciones de la Química tenemos viviendas mejores y más económicas; se ha incrementado nuestra provisión de alimentos y ha mejorado nuestra nutrición; contamos con telas hermosas; podemos viajar con rapidez a los rincones más remotos del mundo, e incluso a otros planetas.
        La Química no sólo afecta nuestra vida a cada instante, sino a la sociedad en conjunto. De una manera muy real, la Química da forma a nuestra sociedad.