SUSTANCIAS PURAS2015 - IIng. Walter Leyton Crespo(Casareto)

La materia est formada por tomos y molculas. Los tomos son los ms simples y los diferentes tipos de tomos estn clasificados en la tabla peridica de los elementos. No olvidemos que un elemento es una sustancia que est formada toda por tomos iguales. El Hierro (smbolo Fe) est formado por tomos de hierro. Los tomos tambin se pueden agrupar formando lo que llamamos molculas. Una molcula es la unin de varios tomos. Una molcula de agua pura H2O est formada por dos tomos de Hidrgeno (H) con uno de oxgeno (O).LA MATERIA

Bien, dicho esto si queremos clasificar los diferentes tipos de materia lo haremos en funcin de como est formada. Segn est formada la materia tenemos dos grandes grupos, uno llamado Sustancias Puras y otro llamado Mezclas.

Tipo de materia que est formada por tomos o molculas todas iguales, tienen propiedades especficas que las caracterizan y no pueden separarse en otras sustancias por procedimientos fsicos. A su vez estas se clasifican en sustancias puras simples o elementos y compuestos qumicos. Para definir estos dos tipos de sustancias puras hay dos formas. Empecemos por la primera. Sustancias Puras

Estn formadas por tomos todos iguales o molculas con tomos iguales. Ojo hay elementos como el oxgeno que si lo miramos por un microscopio est formado todo por tomos de oxgeno iguales, pero agrupados de dos en dos, es decir agrupado en molculas de O2, pero como los tomos que forman estas molculas son iguales (oxigeno-oxigeno) se considera sustancia pura simple. Son aquellas sustancias puras que no se pueden descomponer en otras ms simples.Sustancias Puras Simples o elementos

Sustancias Puras Simples o elementos

Si tenemos un trozo de hierro puro y lo miramos por el microscopio veremos que est formado solo por tomos de Hierro, por lo tanto tambin es una sustancia pura simple. Las sustancias puras simples tambin se pueden llamar elementos, ya que las conocidas forman la llamada tabla peridica de los elementos.

Formados por molculas todas iguales. En este caso los tomos que forman las molculas tienen que ser diferentes. Por ejemplo el agua, cuya frmula es H2O, molculas todas iguales, y cada molcula estar formada por dos tomos de hidrgeno (H) y uno de oxgeno (O). son aquellas sustancias puras que pueden descomponerse en otras ms simples por mtodos qumicos (mediante reacciones). Compuestos Qumicos

Una mezcla resulta de la combinacin de dos o ms sustancias donde la identidad bsica de cada una no se altera, es decir, no pierden sus propiedades y caractersticas por el hecho de mezclarse, porque al hacerlo no ocurre ninguna reaccin qumica. Por ejemplo, si se mezcla limadura de hierro con azufre, cada sustancia conserva sus propiedades. MEZCLA

La composicin de las mezclas es variable, las sustancias que componen a una mezcla pueden presentarse en mayor o menor cantidad. Otra caracterstica de las mezclas es que pueden separarse por mtodos fsicos. En la mezcla de hierro y azufre puede utilizarse la propiedad de magnetismo que presenta el hierro para ser separado del azufre.

Mezcla homogneaLas mezclas homogneas se llaman tambin disoluciones. Tienen una apariencia totalmente uniforme por lo que sus componentes no pueden distinguirse a simple vista. Se dice que este tipo de mezclas tiene una sola fase. En qumica se denomina fase a una porcin de materia con composicin y propiedades uniformes. Por ejemplo, el agua de mar est formada por agua y muchas sales solubles, donde se observa una sola fase.

Mezcla homognea

Mezcla heterogneaLas mezclas heterogneas presentan una composicin no uniforme, sus componentes pueden distinguirse a simple vista, en otras palabras, se observan diferentes sustancias en la mezcla. Los componentes de este tipo de mezcla existen como regiones distintas que se llaman fases. Una mezcla heterognea se compone de dos o ms fases. Si observas la piedra de granito, puedes ver zonas de distinto color que indican que la roca est formada de cristales de distintas sustancias.

Mezcla heterognea

PRESINLa presin es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que acta, es decir, equivale a la fuerza que acta sobre la unidad de superficie. Cuando sobre una superficie plana de rea A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presin P viene dada por: P= F/A

Dado que en el Sistema Internacional la unidad de fuerza es el newton (N) y la de superficie es el metro cuadrado (m2), la unidad resultante para la presin es el newton por metro cuadrado (N/m2) que recibe el nombre de pascal (Pa)1 Pa = 1 N/m2La temperatura es una magnitud fsica que refleja la cantidad de calor, ya sea de un cuerpo, de un objeto o del ambiente. Dicha magnitud est vinculada a la nocin de fro (menor temperatura) y caliente (mayor temperatura).TEMPERATURA

El volumen es una magnitud escalar definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una funcin derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones. En fsica, el volumen es una magnitud fsica extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos fsicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusin. La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cbico, aunque temporalmente tambin acepta el litro, que se utiliza comnmente en la vida prctica.VOLUMEN

CURVAS DE CAMBIO DE FASE DEL AGUA

los cambios de fase, o las transformaciones de una fase a otra, ocurren cuandoa una sustanciase le agrega o se le quita energa (en general, en forma de calor).

EQUILIBRIO SLIDO LQUIDOEl punto de fusin de un slido o el punto de congelamiento de un lquido es la temperatura a la cual las fases slida y lquida coexisten en el equilibrio. El puntode fusinnormal, o de congelamiento normal de una sustancia, es la temperatura a la cual una sustancia se funde, o congela, a 1 atm de presin.

EQUILIBRIO LQUIDO - VAPOREl punto de ebullicin de un lquido o punto de condensacin de un gas es la temperatura a la cual las fases lquida y gaseosa coexisten en equilibrio. El punto de ebullicin normal, o de condensacin normal de una sustancia, es la temperatura a la cual una sustancia hierve o se condensa, a 1 atm de presin.

EQUILIBRIO SLIDO - VAPOREl proceso durante el cual las molculas pasan directamente del estado slido a la fase vapor, se conoce como sublimacin. El proceso inverso se denomina deposicin o cristalizacin.

Los cambios de fase soncambios fsicosque se caracterizan por variaciones en el orden molecular; las molculas de lafase slidatienenmayor ordenamientomientras que en lafase gas,mayor desorden.

Resumiendo de otra manera:

CURVA DE CALENTAMIENTOCuando a determinada presin, se calienta una cantidad de sustancia, se puede trazar la curva de calentamiento, como se muestra en la siguiente figura:

DIAGRAMAS DE FASELos diagramas de fase son grficos que proporcionan informacin acerca de las condiciones de P y T en las cuales una sustancia puede existir en alguna(s) de sus tres fases, slido, lquido o gas.Todo diagrama de fases presenta las siguientes caractersticas:

* Es un diagramapresinversustemperatura.* Presenta un punto triple,A, donde las tres fases slido, lquido y gas se encuentran en equilibrio.* Presenta un punto crtico,B, que es el extremo de lacurva de presin de vapor. La temperatura en este punto se llamatemperatura crticay la presin se denominapresin crtica. A temperaturas mayores a la temperatura crtica una sustancia no se puede licuar (pasar de gas a lquido), independientemente de lo elevada que sea la presin.

El aspecto general del diagrama de fases es el siguiente:

Los diagramas de fase permiten predecir los cambios de punto de fusin, punto de ebullicin y punto de sublimacin de una sustancia, debido a las variaciones de la presin externa.Tambin se pueden anticipar las direcciones de las transiciones de las fases producidas por los cambios de temperatura y presin.Si analizamos el diagrama de fase para el agua, H2O, observamos que al aumentar la presin por encima de 1 atm, aumenta el punto de ebullicin y disminuye el punto de fusin.Por su parte, una disminucin en la presin, produce un punto de ebullicin menor e incrementa el punto de fusin.

A continuacin observamos el diagrama de fases del dixido de carbono, CO2, conocido como hielo seco, donde podemos observar el punto normal de sublimacin:

Observaciones:En los diagramas de fase mostrados, existe una gran diferencia en la pendiente de la curva entre las fases slida y lquida: en el caso del agua es negativa, mientras que en el del CO2 (como la mayora de las sustancias) es positiva.El agua se comporta de manera excepcional porque el hielo es menos denso que el agua lquida: cualquier muestra de agua en forma de hielo ocupa un volumen mayor que el que ocupa como agua lquida, debido al gran espacio vaco, originado por la formacin de los puentes de hidrgeno.

DIAGRAMAS P-T

DIAGRAMAS P-V

DIAGRAMAS TRIDIMENSIONAL P-V-T

GRACIASXISTRIS