Conceptos Fundamentales de la Materia
La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Está formada por átomos y moléculas.
Una sustancia es materia que posee una composición y propiedades específicas. Se dividen en dos grupos: sustancias simples y sustancias compuestas.
Sustancias Simples o Puras
Una sustancia simple o pura es aquella que está integrada solamente por un mismo elemento químico. Es decir, no puede desintegrarse o separarse en otros elementos más sencillos.
Ejemplos de Sustancias Simples:
- Bromo (Br₂, dibromo)
- Ozono (O₃, trioxígeno)
- Sodio (Na)
- Azufre (S)
- Cromo (Cr)
- Hidrógeno (H₂, dihidrógeno)
- Flúor (F₂, diflúor)
- Hierro (Fe)
- Yodo (I₂, diyodo)
- Nitrógeno (N₂, dinitrógeno)
- Oxígeno (O₂, dioxígeno)
- Cloro (Cl₂, dicloro)
- Potasio (K)
- Oro (Au)
- Fósforo (P)
Sustancias Compuestas
Una sustancia compuesta es un compuesto químico formado por la combinación química de dos o más elementos distintos de la tabla periódica.
Ejemplos de Sustancias Compuestas:
- Acetona (CH₃COCH₃ o C₃H₆O, compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno)
- Dióxido de carbono (CO₂, compuesta por carbono y oxígeno)
- Alcohol etílico o etanol (CH₃CH₂OH o C₂H₆O, compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno)
- Sulfuro de calcio (CaS, compuesta por azufre y calcio)
- Bicarbonato de sodio (NaHCO₃, compuesta por sodio, carbono, hidrógeno y oxígeno)
Mezclas
Por el contrario, una mezcla contiene una combinación de diferentes átomos o moléculas, pero esta combinación no es química.
Ejemplos y Tipos de Mezclas:
| Mezcla | Tipo de Mezcla |
|---|---|
| Agua y aceite | Heterogénea |
| Disolución acuosa de sal | Homogénea |
| Azufre y agua | Heterogénea |
| Alcohol y agua | Homogénea |
| Gasolina | Homogénea |
| Salsa Mexicana | Heterogénea |
Métodos de Separación de Mezclas
La filtración es un método de separación física utilizado para separar sólidos de fluidos (líquidos o gases) mediante la interposición de un medio permeable capaz de retener partículas sólidas, permitiendo únicamente el paso de los fluidos.
La decantación es un procedimiento físico que sirve para separar una mezcla compuesta por un sólido o un líquido de mayor densidad, de un líquido de menor densidad.
La separación magnética consiste en la separación de fases de acuerdo a su potencial magnético; algunas sustancias responden a los campos magnéticos y otras no.
El tamizado o cribado es un método mecánico para separar dos sólidos formados por partículas de tamaños diferentes. Consiste en pasar una mezcla de partículas de distintos tamaños por un tamiz, criba o colador.
La cristalización es un proceso químico por el cual, a partir de un gas, un líquido o una disolución, los iones, átomos o moléculas establecen enlaces hasta formar una red cristalina, que es la unidad básica de un cristal.
La destilación es el proceso de separar los componentes o sustancias de una mezcla líquida mediante el uso de la ebullición selectiva y la condensación.
La cromatografía es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, cuyo objetivo es separar sus distintos componentes. Tiene aplicación en diversas ramas de la ciencia.
Principios de la Termodinámica
La Primera Ley de la Termodinámica relaciona el trabajo y el calor intercambiado en un sistema a través de una nueva variable termodinámica: la energía interna. Dicha energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
La Segunda Ley de la Termodinámica establece que, si bien todo el trabajo mecánico puede transformarse en calor, no todo el calor puede transformarse en trabajo mecánico.
La Tercera Ley de la Termodinámica, también conocida como Postulado de Nernst, afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas.
Conceptos Termodinámicos Clave
En termodinámica, la entropía es una magnitud física que mide el grado de desorden de un sistema termodinámico en equilibrio.
La entalpía (simbolizada con la letra H mayúscula) es una magnitud termodinámica definida como «el flujo de energía térmica en los procesos químicos efectuados a presión constante cuando el único trabajo es de presión-volumen», es decir, la cantidad de energía que un sistema intercambia con su entorno.
Un proceso endotérmico es aquel que consume calor o energía del medio ambiente.
Un proceso exotérmico es aquel que libera calor o energía hacia el medio ambiente.
Un estado termodinámico es el conjunto de valores que toman las propiedades de un sistema termodinámico, los cuales deben ser especificados para reproducir dicho sistema.
En termodinámica, una función de estado es una magnitud física macroscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio y que no depende de la trayectoria o forma en que el sistema llegó a dicho estado.
El estado del sistema se define cuando se han especificado las variables necesarias para describirlo, particularizando así sus propiedades.
Las propiedades termodinámicas son el calor (q), el trabajo (w) y la energía interna (E). El calor en termodinámica se considera como la energía que fluye al entrar en contacto dos sustancias que se encuentran a diferente temperatura.
En termodinámica, el estado de un sistema está caracterizado por un cierto número de parámetros llamados variables de estado, tales como el volumen, la temperatura, la presión, la cantidad de materia, entre otros.
Propiedades Físicas y Magnitudes
En física y química, la densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido.
El volumen específico es el volumen ocupado por unidad de masa de un material.
Se llama peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.
La presión es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre un área.
La temperatura es una magnitud referida a la noción de calor, medible mediante un termómetro.
El calor es la energía que se manifiesta por un aumento de temperatura y procede de la transformación de otras energías; es originado por los movimientos vibratorios de los átomos y las moléculas que forman los cuerpos.
El trabajo es la cantidad de energía transferida de un sistema a otro mediante una fuerza cuando se produce un desplazamiento.
En física, la energía interna de un sistema intenta ser un reflejo de la energía a escala macroscópica. Más concretamente, es la suma de la energía cinética interna (es decir, las energías cinéticas de las individualidades que forman un cuerpo respecto al centro de masas del sistema) y la energía potencial interna.