Fundamentos Esenciales de Química: Materia, Propiedades y Procesos de Separación

Definiciones Fundamentales de la Ciencia

La Física y la Química

• La Física es la ciencia que estudia los cambios de un cuerpo que no modifican su naturaleza.
• La Química es la ciencia que estudia la identidad de la materia y de los cambios que modifican su naturaleza.

El Método Científico

El método científico es un proceso sistemático que incluye los siguientes pasos:

1. Observación de la realidad.
2. Planteamiento de un problema.
3. Formulación de hipótesis sobre su solución.
4. Experimentación y registro de datos.
5. Interpretación de datos.
6. Validación de la hipótesis o refutación de la hipótesis inicial.

Clasificación de Magnitudes

Las magnitudes se clasifican en:

• Escalares: Quedan totalmente especificadas con el valor numérico seguido por la unidad.
• Vectoriales: Para definirlas totalmente necesitamos saber: su valor numérico (módulo), su dirección, su sentido y su punto de aplicación.

Propiedades de la Materia

Propiedades Generales y Características

La masa y el volumen son propiedades generales de la materia; son propiedades comunes a toda materia y no nos permiten distinguir una clase de materia de otra. Las propiedades características sí lo permiten.

Propiedades Extensivas e Intensivas

Otra clasificación de las propiedades de la materia diferencia entre:

• Propiedades Extensivas: Son aquellas cuyo valor depende de la cantidad de materia.
• Propiedades Intensivas: Son aquellas cuyo valor no depende de la cantidad de materia.

Sustancias Puras

Una sustancia pura es aquella cuya composición no varía, sea cual sea su estado.

• Elementos: Aquellas que no pueden descomponerse en otras más sencillas (ejemplo: un bloque de hierro).
• Compuestos: Sustancias constituidas por dos o más elementos diferentes (ejemplo: agua).

Sistemas Materiales Homogéneos

Los sistemas materiales homogéneos incluyen:

• Amalgamas: Disoluciones homogéneas de mercurio con otros metales como cinc, plata o estaño.
• Aleaciones: Son mezclas homogéneas de dos o más elementos, de los cuales al menos uno debe ser un metal.
• Coloides: Son mezclas en una situación intermedia entre mezclas homogéneas y heterogéneas, donde hay una dispersión de partículas de una sustancia.

Disoluciones y Procesos de Separación

Disoluciones

Para que se produzca una disolución, deben crearse enlaces fuertes entre el soluto y el disolvente.

Al mezclar un soluto sólido con un disolvente líquido, se establecen tres tipos de interacciones:

1. Interacción soluto-soluto.
2. Interacción disolvente-disolvente.
3. Interacción disolvente-soluto.

El Proceso de Hidratación

El proceso de hidratación ocurre cuando el disolvente utilizado es el agua.

Técnicas de Separación

Dos técnicas comunes de separación son:

• Cristalización: Es un procedimiento que se emplea para separar mezclas homogéneas de un sólido disuelto en un líquido.
• Destilación: Es un procedimiento que se emplea para separar mezclas homogéneas de dos líquidos miscibles que hierven a temperaturas muy diferentes, o también para separar un sólido disuelto en un líquido.

El Petróleo Crudo y su Refino Industrial

Petróleo Crudo

El petróleo crudo es un material extraído del subsuelo (o del mar) que constituye un combustible fósil procedente de restos de organismos. Es inservible en su estado natural sin el proceso de refino.

Refino

El refino es el proceso industrial mediante el cual se extraen del crudo de petróleo una variedad enorme de productos de alto valor comercial. Es esencialmente un proceso de destilación fraccionada (típicamente a 400 °C).

Productos Obtenidos por Destilación

Los productos obtenidos mediante la destilación del petróleo incluyen:

• Gases
• Naftas
• Gasolina
• Queroseno
• Gasóleos
• Fuelóleos
• Aceites lubricantes
• Asfaltos
• Coque
• Ceras

Productos Obtenidos por Polimerización

Algunos productos derivados de la polimerización son:

• Polietileno
• Polipropileno (PP)
• Cloruro de polivinilo (PVC)
• Teflón

Conceptos de Masa en Química

Masa Molecular y Masa Molar

• Masa Molecular: Es el total de masas atómicas de los elementos que componen un compuesto químico. Se expresa en unidades de masa atómica (umas).
• Masa Molar: Es la masa de un mol de una sustancia específica y se refiere a la masa de $6.022 \times 10^{23}$ moléculas o unidades fórmula de dicha sustancia.