Elementos: Formados por un solo tipo de átomo. No pueden descomponerse en sustancias más simples por métodos químicos. Se clasifican en metales y no metales, y se representan mediante símbolos químicos.
Compuestos: Formados por la unión química de dos o más elementos en proporciones fijas. Se pueden separar en sustancias más simples (elementos) mediante procedimientos químicos.
Mezclas: Combinaciones de dos o más sustancias puras donde cada una mantiene sus propiedades individuales.
Homogéneas (Disoluciones): Componentes distribuidos uniformemente, presentando una sola fase visible.
Heterogéneas: Componentes no distribuidos uniformemente, presentando dos o más fases visibles.
Ejemplos de Mezclas
Mezclas Homogéneas: Agua con azúcar, tinta con alcohol, masa para galletas.
Mezclas Heterogéneas: Agua y aceite, tierra y aserrín, arroz y frijoles.
Estados de la Materia y Cambios de Estado
Estados Fundamentales de la Materia
Sólido: Las partículas están muy juntas y vibran en posiciones fijas, manteniendo una forma y volumen definidos.
Líquido: Las partículas se mueven con mayor libertad, pero permanecen unidas. Tienen volumen definido, pero adoptan la forma del recipiente.
Gaseoso: Las partículas están muy separadas y se mueven libremente, ocupando todo el volumen disponible. No tienen forma ni volumen definidos.
Cambios Químicos
Un cambio químico (o reacción química) altera la composición de la sustancia, formando nuevas sustancias.
Ejemplos: Oxidación del hierro, combustión de la madera.
Cambios de Estado del Agua y Temperatura
El agua en estado sólido (hielo) se encuentra a temperaturas iguales o inferiores a 0 °C.
A 0 °C, el hielo comienza a fundirse y se convierte en agua líquida. Durante este proceso de fusión, la temperatura permanece constante a 0 °C.
El agua permanece en estado líquido entre 0 °C y 100 °C (a presión atmosférica normal).
A 100 °C, el agua hierve y comienza a convertirse en gas (vapor de agua). Durante este proceso de ebullición, la temperatura permanece constante a 100 °C.
Al superar los 100 °C, el vapor de agua se encuentra en estado gaseoso.
Ejemplos de Sustancias y Mezclas Comunes
Helio (He): Elemento químico, gas noble.
Aire: Mezcla homogénea de gases (principalmente nitrógeno, oxígeno y argón). Su composición es variable. Se puede separar por destilación criogénica.
Oxígeno (O₂): Elemento químico, molécula diatómica. Se obtiene del aire por licuefacción y destilación fraccionada.
Butano (C₄H₁₀): Compuesto químico, hidrocarburo. Su composición es fija. Puede separarse o purificarse mediante tecnología de membranas o destilación.
Dióxido de Carbono (CO₂): Compuesto químico, gas. Su composición es fija. Es un subproducto común de procesos de combustión.
Clasificación de Ejemplos Adicionales
Refresco: Mezcla homogénea (disolución) de agua, azúcares, saborizantes, colorantes y dióxido de carbono disuelto.
Hidrógeno (H₂): Sustancia pura, elemento químico. No es un compuesto ni una mezcla homogénea.
Métodos de Separación de Mezclas
Filtración
Principio: Separa mezclas heterogéneas de un sólido insoluble en un líquido, utilizando un medio poroso (filtro) que retiene el sólido y permite el paso del líquido.
Aplicación: Separación de contaminantes en agua residual.
Destilación
Principio: Se basa en las diferencias de los puntos de ebullición de los componentes de una mezcla.
Aplicación: Se utiliza principalmente para separar mezclas homogéneas de líquidos miscibles.
Ejemplo: Destilación de bebidas alcohólicas.
Cromatografía
Principio: Método para separar los componentes de una mezcla (homogénea o heterogénea) basándose en las diferentes velocidades a las que se mueven a través de una fase estacionaria, impulsados por una fase móvil.
Aplicación: Ampliamente utilizada en química analítica para la separación y purificación de compuestos, así como en procesos de limpieza y control de calidad.
Tamizado
Principio: Método mecánico para separar dos sólidos con partículas de diferentes tamaños.
Procedimiento: Consiste en pasar la mezcla a través de un tamiz, criba o colador, que retiene las partículas más grandes y permite el paso de las más pequeñas.
Cristalización
Principio: Proceso químico por el cual iones, átomos o moléculas de una sustancia disuelta en un líquido (o a partir de un gas) se organizan para formar una estructura sólida altamente ordenada, conocida como red cristalina.
Aplicación: Purificación de sustancias.
Imantación (Separación Magnética)
Principio: Se utiliza para separar materiales magnéticos de otros no magnéticos en una mezcla, aplicando un campo magnético.
Nota: El término «imantación» también se refiere al proceso de magnetizar un material.
Decantación
Decantación Sólido-Líquido: Se utiliza para separar un sólido insoluble que se ha depositado en un líquido. Consiste en dejar reposar la mezcla para que el sólido se asiente en el fondo y luego verter cuidadosamente el líquido.
Decantación Líquido-Líquido: Se emplea para separar líquidos inmiscibles (que no se mezclan) con diferentes densidades. El líquido más denso se acumula en la parte inferior. En el laboratorio, se utiliza un embudo de separación.
Ósmosis
Principio: Es el movimiento neto de moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable, desde una región de mayor concentración de disolvente (menor concentración de soluto) hacia una región de menor concentración de disolvente (mayor concentración de soluto), buscando equilibrar las concentraciones.
Aplicación de Métodos de Separación
Separación de Mezclas Específicas
Refresco de Naranja
Paso 1: Agitar para liberar el gas (dióxido de carbono).
Paso 2: Utilizar destilación para separar el agua de los azúcares y otros componentes disueltos.
Sal, Arena y Limaduras de Hierro
Paso 1: Utilizar un imán para separar las limaduras de hierro (imantación).
Paso 2: Añadir agua a la mezcla restante para disolver la sal.
Paso 3: Separar la arena del agua salada mediante filtración.
Paso 4: Evaporar el agua de la disolución salada para recuperar la sal.
Alcohol, Agua y Aceite
Paso 1: Separar el agua y el aceite mediante decantación (ya que son inmiscibles y tienen diferentes densidades).
Paso 2: Separar el alcohol del agua (si la mezcla inicial era alcohol-agua-aceite, y el alcohol y agua son miscibles) mediante destilación, aprovechando sus diferentes puntos de ebullición.
Grava, Arena y Agua
Paso 1: Separar el agua de los sólidos (grava y arena) mediante decantación o filtración.
Paso 2: Separar la arena de la grava mediante tamizado, aprovechando la diferencia de tamaño de sus partículas.
Centrifugación
Principio: Método que utiliza una fuerza giratoria (fuerza centrífuga) para separar componentes de una mezcla (generalmente sólidos de líquidos o líquidos de diferentes densidades) basándose en sus diferencias de densidad.
Conceptos Adicionales y Propiedades
Mezcla y Disolución: ¿Son lo mismo?
Las mezclas homogéneas son, por definición, disoluciones.
En una disolución, el soluto se disuelve completamente en el disolvente, resultando en una apariencia y composición uniformes en cualquier punto.
Ejemplo: Cuando el agua pasa por tuberías y se mezcla con partículas disueltas, si la mezcla resultante es uniforme, se considera una disolución.
Disoluciones en Diferentes Estados de Agregación
Sí, es posible tener disoluciones en los tres estados de agregación (sólido, líquido y gas).
Una disolución se caracteriza por ser una mezcla homogénea donde se observa una sola fase, formada cuando un soluto se disuelve en un disolvente.
Ejemplos:
Gaseosa: Aire (nitrógeno en oxígeno).
Líquida: Agua salada (sal en agua).
Sólida: Aleaciones como el bronce (estaño en cobre).
Puntos de Fusión y Ebullición
Punto de Fusión
Es la temperatura a la cual una sustancia cambia de estado sólido a líquido.
Punto de Ebullición
Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala la presión externa que lo rodea, y el líquido se transforma en vapor.
Punto de Ebullición del Agua y Presión Atmosférica
El punto de ebullición del agua depende significativamente de la presión atmosférica.
A nivel del mar (presión atmosférica estándar), el agua hierve a 100 °C.
En ciudades con mayor altitud, como la Ciudad de México, donde la presión atmosférica es menor, el agua hierve a una temperatura más baja, aproximadamente entre 90-95 °C.
