Fundamentos de Química: Sustancias, Mezclas y Métodos de Separación

Fundamentos de Química: Sustancias Puras y Mezclas

Las sustancias puras son aquellas que poseen una composición química fija y definida, manteniendo su estructura inalterable en los diferentes estados de la materia.

Tipos de Sustancias Puras

• Sustancias Simples

  Están formadas por un único tipo de átomo (ej. oxígeno, hierro).

• Sustancias Compuestas

  A diferencia de las sustancias simples, las sustancias compuestas están formadas por dos o más tipos de átomos diferentes, unidos químicamente en proporciones fijas (ej. sal de mesa o cloruro de sodio, agua).

Mezclas

Las mezclas son combinaciones de dos o más sustancias puras que no reaccionan químicamente entre sí y que pueden separarse por métodos físicos.

Tipos de Mezclas

• Mezclas Homogéneas

  Son aquellas cuyos componentes no se distinguen a simple vista, formando una fase única (ej. tomate frito, aire, agua con sal).

• Mezclas Heterogéneas

  Son aquellas cuyos componentes se aprecian a simple vista, presentando dos o más fases distintas (ej. kebab, agua y aceite, ensalada).

Disoluciones: Conceptos Clave

Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más componentes que modifican sus propiedades al unirse entre sí.

Componentes de una Disolución

• Soluto

  Es el componente que está en menor proporción y que se disuelve en el disolvente.

• Disolvente

  Es el componente que está en mayor proporción y que disuelve al soluto.

Ejemplo: En el vinagre, el disolvente es el agua y el soluto es el ácido acético.

Solubilidad de una Disolución

Definición de Solubilidad

La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que es capaz de disolverse en una cantidad determinada de disolvente (comúnmente 100 gramos de agua) bajo condiciones específicas de temperatura y presión.

Tipos de Disoluciones según su Concentración

• Disoluciones Diluidas

  Contienen una pequeña cantidad de soluto en una gran cantidad de disolvente.

• Disoluciones Concentradas (o 'controladas' según el texto original)

  Contienen una gran cantidad de soluto en relación con la cantidad de disolvente.

• Disoluciones Saturadas

  Aquellas en las que se ha disuelto la máxima cantidad de soluto posible a una temperatura y presión dadas; no admiten más soluto.

• Disoluciones Sobresaturadas

  Contienen más soluto del que normalmente podría disolverse a una temperatura dada, siendo una condición inestable que puede precipitar el exceso de soluto.

Métodos de Separación de Mezclas

Separación de Mezclas Heterogéneas

• Filtración

  Es un método por el cual se hace pasar una mezcla heterogénea (sólido-líquido) a través de un filtro con un tamaño de poro adecuado. El sólido (soluto) queda retenido en el filtro, mientras que el líquido (disolvente) lo atraviesa.

• Decantación

  Se utiliza para separar un sólido de un líquido o dos líquidos inmiscibles con diferente densidad. Si es sólido-líquido, el sólido más denso se deposita en el fondo. Si es líquido-líquido, el líquido de menor densidad permanece en la parte superior.

• Separación Magnética

  Se emplea cuando una mezcla de sólidos contiene componentes con propiedades magnéticas. Utilizando un imán, los materiales magnéticos son atraídos y separados del resto de la mezcla por interacción magnética.

Separación de Mezclas Homogéneas

• Evaporación

  Se calienta la disolución hasta que el disolvente se evapora completamente. El disolvente no se recupera, pero el soluto sólido sí puede ser recuperado.

• Cristalización

  Se utiliza para separar sólidos disueltos en líquidos. Mediante un calentamiento parcial de la mezcla, se evapora parte del disolvente, y luego se enfría para permitir que el sólido cristalice.

• Destilación

  Es el proceso de separar los componentes de una mezcla líquida (o sólido-líquido) aprovechando sus diferentes puntos de ebullición, mediante la ebullición selectiva y posterior condensación.

Proceso Detallado de Destilación

1. Se introduce la mezcla (sólidos+líquidos o líquidos) en el matraz de destilación (matraz A).
2. Se aplica calor al matraz A. La temperatura aumenta y, al alcanzar el punto de ebullición del componente más volátil, este se convierte en vapor (evaporación).
3. El vapor asciende y pasa por un condensador (tubería refrigerada por agua), donde su temperatura desciende. Esto provoca la condensación del vapor, transformándolo nuevamente en líquido.
4. El líquido condensado (destilado) se recoge en un matraz receptor (matraz B), quedando así separado del resto de la mezcla que permanece en el matraz A.

Concentración en Disoluciones

La concentración de una disolución es la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente o de disolución.

Expresiones Comunes de Concentración

1. Porcentaje en masa (% m/m)

   Se calcula como (Gramos de soluto / Gramos de disolución) × 100. (Nota: El texto original menciona 'Gramos disolvente', pero la definición estándar es sobre 'Gramos de disolución').

2. Concentración en masa (g/L)

   Se calcula como Gramos de soluto / Litros de disolución. (Nota: El texto original menciona 'Gramos disolvente', pero la definición estándar es sobre 'Litros de disolución').