Química General : SUSTANCIAS MATERIALES

Una sustancia material es una parte de un sistema confinada en una porción de espacio que constituye o forma casi todo lo que existe.

Dicho de otra forma, una sustancia material es de lo que están hechos los objetos. Posee características que les permiten identificarlas en un contexto determinado.

Las sustancias materiales en contextos similares conservan sus propiedades.

El contexto está dado por los valores de presión (P) y temperatura (T) que caracterizan el estado de la sustancia. Por lo tanto, cada vez que se hable de una sustancia material se debe especificar su contexto. No lo olvides.

Las sustancias materiales se pueden clasificar como se muestra en el siguiente diagrama:

ELEMENTO:

Sustancia altamente pura que no puede descomponerse en otras más sencillas.

Ejemplos: Hierro, Plata, Oro, Níquel, Oxígeno, Helio. Existen: 89 elementos naturales 20 elementos sintéticos

SUSTANCIA BÁSICA: Como aparecen en la tabla periódica.

SUSTANCIA SIMPLE: Como aparecen en la naturaleza.

Lo anterior se puede ilustrar con el siguiente ejemplo:

O	O_2(g)
Oxígeno como aparece en la tabla periódica	Oxígeno como aparece en la naturaleza
Sustancia Básica	Sustancia Simple

Si el símbolo es una letra, esta debe ser mayúscula tipo imprenta. Si el símbolo está conformado por varias letras, la primera en mayúscula y las otras en minúsculas; todas tipo imprenta

Ejemplos:

C : Carbono
H : Hidrógeno
S : Azufre

O cuando se forman por varias letras:

Na : Sodio
Hg : Mercurio
Cl : Cloro

COMPUESTO:

Sustancia altamente pura que se puede descomponer por medio químicos en dos o más sustancias diferentes.

Ejemplos:

Na₂CO₃ : Carbonato de sodio
HNO₃ : Ácido nítrico
SO₃ : Trióxido de azufre
Fe₂O₃ : Óxido de hierro (III)

ÁTOMO:

Es la unidad constitutiva más pequeña de un elemento químico, que mantiene sus propiedades y participa de las reacciones químicas.

MOLÉCULA:

Es la agrupación de dos o más átomos iguales o diferentes que conserva las propiedades de la sustancia. Es estable y tiene existencia independiente.

MEZCLAS:

Es un sistema material formado por dos o más sustancias “puras” no combinadas químicamente.

Cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas.

Ejemplos: Aire, agua potable, latón, bronce, agua de mar, cemento.

M. HETEROGÉNEA:

Es aquella que posee una composición no uniforme, en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes. Está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual.

(imagen tomada de concurso.cnice.mec.es)

M. HOMOGÉNEA:

Es una mezcla que a simple vista no se pueden ver sus componentes, en comparación de la heterogénea.

FASE: Región macroscópica de composición química y propiedades físicas iguales que forman un sistema.

Las mezclas homogéneas se conocen como disoluciones o soluciones. Están constituidas por dos componentes un soluto y un solvente (o disolvente). Donde el soluto es el componente que se encuentra en menor cantidad, mientras que el solvente es el que se encuentra en mayor cantidad.

Las soluciones conservan sus propiedades en contextos similares.

Se pueden clasificar los solutos en función de su naturaleza, es así como se puede decir que los solutos electrolitos son los que aumentan la conductividad de los solventes cuando se mezclan. De otro lado los no electrolito no alterar la conductividad. Ésto se puede ilustrar como:

Además, las soluciones se pueden clasificar en función de la cantidad de soluto presente en un solvente (Concentración). De forma general, se puede decir que una solución es:

Es insaturada cuando la solución contiene muy poco cantidad de solutos, algunas veces es llamada diluida. Una solución saturada es cuando tiene la solución tiene la máxima cantidad de soluto que se puede mezclar de manera homogénea.

Cuando una solución tiene una cantidad de soluto próxima a la de saturación, se conoce también como solución concentrada.

SOLUBILIDAD (S): Esta propiedad de las sustancias hace referencia a la máxima cantidad de soluto que un solvente puede disolver, formar una solución; a una temperatura dada.

La solubilidad es una propiedad cuantitativa, que se expresa matemáticamente mediante la siguiente ecuación:

Ejemplo: S_NaCl = 39,12 g / 100mL de agua a 100°C

Un ejercicio para ilustrar el uso de la relación matemática:

Se tiene 80 mL de una solución acuosa de nitrato de sodio (NaNO₃) a 20 ºC. ¿Cuál es la masa de NaNO₃si la solubilidad a esa temperatura es de 88g/100mL de agua?

Solución:

La masa de NaNO₃contenido en los 80 mL de disolución corresponde a 70,4g

La solubilidad se ve alterada por el contexto, es decir, por la temperatura y la presión; además, por la naturaleza química de las sustancias, así:

La Temperatura:

Este factor solo modifica la solubilidad de solutos sólidos y gaseosos, los líquidos no sufren ninguna alteración significativa en su solubilidad, solo hasta que sean miscibles entre sí (que se mezclen).

En el caso de los sólidos: en general un aumento de la temperatura provocará un aumento de la solubilidad aunque existen casos donde la solubilidad sufre una pequeña variación e incluso casos donde al aumentar la temperatura la solubilidad disminuye.

En el caso de los gases: un aumento de la temperatura produce generalmente una disminución de la solubilidad y viceversa; la disminución de la temperatura aumenta la solubilidad del gas.

Si se coloca en un recipiente una pequeña cantidad de bebida gaseosa, al ser calentada, se observa inmediatamente una efervescencia derivada del escape de gas (dióxido de carbono) de la solución. Si se calienta agua, esta pierde el aire disuelto en ella.

(imagen tomada de: slideplayer.es)

La Presión:

Este factor no produce alteración alguna en las solubilidades de sólidos y líquidos.

La presión modifica considerablemente la solubilidad de un gas y actúa de la siguiente forma: Un aumento de la presión producirá siempre un aumento de la solubilidad del gas y viceversa. Siempre que la temperatura permanezca constante.

Un ejemplo común:

Las bebidas y el champagne, contienen un gas disuelto (dióxido de carbono) a una alta presión, sobre todo el champagne, de ahí que al abrirlos se produzca una disminución de la presión y el gas escapa violentamente de la solución. Esto se puede evitar un cierto grado enfriando, ya que como uno puede darse cuenta fácilmente en el caso de los gases, su solubilidad varía en forma contraria con la presión y la temperatura.

(imagen tomada de www.eslanota.com)

Naturaleza Química del Soluto y el Solvente:

Este factor podemos tomarlo en términos sencillos en el siguiente sentido:

“Una sustancia podrá ser muy soluble en un determinado solvente, pero esto no permite asegurar que lo sea en otros solventes”, para ejemplificar lo dicho, hay que observar la solubilidad del azúcar: Se puede notar claramente que el azúcar es muy soluble en agua pero poco soluble en alcohol, a su vez el yodo es muy poco soluble en agua pero muy soluble en alcohol.

En realidad la “Naturaleza Química” tiene que ver con el tipo de “Unión o Enlace Químico” que posee el soluto y el solvente, esto se puede resumir en la siguiente frase:

“Lo semejante disuelve a lo semejante”