[Ciencias de Joseleg] [Química] [La materia] [La materia y sus propiedades] [Introducción] [Los estados de la materia] [Cualitativas y cuantitativas] [Químicas y físicas] [Algunos instrumentos de laboratorio] [Algunos procedimientos de laboratorio] [Sustancias puras e impuras] [Elementos y compuestos] [Abundancia de los elementos] [Propiedades energéticas] [Referencias]
Además
de su clasificación por estado físico, la materia también puede clasificarse en
términos de su composición química como sustancia pura o como mezcla.
Figura 8‑1. Clasificación de la
materia. Clasificación de la materia dependiendo de la posibilidad de separar
sus componentes. Tenga en cuenta que los elementos pueden encontrarse como
moléculas como en el caso del oxígeno O2 o como átomos libres en el caso de los
gases nobles como He, y que el concepto de molécula en el diagrama agrupa no
solo a las moléculas covalentes, sino también a agrupaciones iónicas como NaCl
y a metales puros como el hierro.
Sustancias puras
Una
sustancia pura es un tipo único de materia que no puede separarse en otros
tipos de materia por ningún medio físico. Todas las muestras de una sustancia
pura contienen solo esa sustancia y nada más. El agua pura es agua y nada más.
La sacarosa pura (azúcar de mesa) contiene solo esa sustancia y nada más. Una
sustancia pura siempre tiene una definición y composición constante. Esta composición
invariante dicta que las propiedades de una sustancia pura son siempre las
mismas bajo un conjunto dado de condiciones. Colectivamente, estas propiedades
físicas y químicas definidas y constantes constituyen el medio por el cual
identificamos la sustancia pura.
Compuestos
Los
compuestos son sustancias puras generadas por moléculas de diferentes tipos de
elementos como por ejemplo el agua que está formada por la unión de hidrógeno y
oxígeno.
Elementos
Los
elementos son tipos de átomos que generan a los compuestos, en general se los
define con base a la cantidad de cargas positivas que tienen los núcleos de sus
átomos, lo cual provoca que posean propiedades químicas semejantes. Aunque por
lo general una muestra de un elemento puro es consistente en sus propiedades
químicas y la mayoría de sus propiedades físicas, existen algunas propiedades
físicas que difieren y permiten dividirlos en isótopos, estas propiedades son
la masa del átomo y en ocasiones la capacidad de ser radioactivos. Tener una
muestra de un elemento purificado a nivel isotópico es el tipo de materia más
pura que se puede tener.
Figura 8‑2. Las sustancias mostradas
anteriormente son puras, pero la izquierda es compuesta (óxido férrico Fe2O3)
y la de la derecha es elemental (carbono amorfo puro C).
Mezclas
Una
mezcla es una combinación física de dos o más sustancias puras en la que cada
sustancia conserva su propia identidad química, aun cuando, la mezcla como un
todo pueda poseer propiedades emergentes provenientes de la interacción de los
componentes de la mezcla. Los componentes de una mezcla conservan su identidad
porque se mezclan físicamente en lugar de combinarse químicamente. Considere la
posibilidad de una mezcla de pequeños cristales de sal de roca y arena
ordinaria. Mezclar estas dos sustancias no cambia la sal ni la arena de ninguna
manera. Las partículas de sal más grandes e incoloras se distinguen fácilmente
de los gránulos de arena más pequeños, de color gris claro. Una característica
de cualquier mezcla es que sus componentes se pueden separar utilizando métodos
físicos. En nuestra mezcla de sal y arena, los cristales de sal más grandes
podrían ser, aunque muy tediosamente, "manualmente" de la arena. Un
método de separación algo más fácil sería disolver la sal en agua, lo que
dejaría atrás la arena no disuelta. La sal podría recuperarse por evaporación
del agua. Una mezcla de azufre sólido (polvo amarillo) y ferrita de hierro. Se
puede usar un imán para separar los componentes de esta mezcla. Otra
característica de una mezcla es la composición variable. Se pueden hacer
numerosas mezclas diferentes de sal y arena, con composiciones que varían desde
una mezcla de arena ligeramente salada hasta una mezcla de sal ligeramente
arenosa, variando las cantidades de los dos componentes.
Mezclas heterogéneas
Las
mezclas se subclasifican como heterogéneas u homogéneas. Esta subclasificación
se basa en el reconocimiento visual de los componentes de la mezcla. Una mezcla
heterogénea es una mezcla que contiene fases (partes) visiblemente diferentes,
cada una de las cuales tiene propiedades diferentes. Una apariencia no uniforme
es una característica de todas las mezclas heterogéneas. Los ejemplos incluyen
galletas con chispas de chocolate y muffins de arándanos. Las mezclas
heterogéneas que ocurren naturalmente incluyen rocas, suelos y madera.
Figura 8‑3. Aunque el agua potable
parece una sustancia pura compuesta (H2O), en realidad es una mezcla homogénea
que contiene iones de cloro, sodio, potasio y otros minerales. Las mezclas
heterogéneas si permiten identificar claramente las sustancias combinadas.
Mezclas homogéneas
Una
mezcla homogénea es una mezcla que contiene solo una fase (parte) visiblemente
distinta, que tiene propiedades uniformes en todo. Los componentes presentes en
una mezcla homogénea no se pueden distinguir visualmente. Una mezcla de agua y
azúcar en la que se ha disuelto todo el azúcar tiene una apariencia similar a
la del agua pura. El aire es una mezcla homogénea de gases; el aceite de motor
y la gasolina son mezclas multicomponentes homogéneas de líquidos; y las
aleaciones de metales tales como el oro de 14 quilates (una mezcla de cobre y
oro) son ejemplos de mezclas homogéneas de sólidos. La homogeneidad presente en
las aleaciones metálicas de estado sólido se logra mezclando los metales
mientras están en estado fundido.
La controversia Bertholet-Proust
La
diferencia que hacemos en el diagrama de clasificación de la materia, tan
intuitivo para nosotros, fue un tema de arduo debate para los químicos del
siglo XIX y se resume en lo que ha venido a denominarse: la controversia
Bertholet-Proust.
La
controversia de Berthollet-Proust y la teoría atómica de Dalton son dos hitos
históricos importantes que aparecieron casi simultáneamente a principios del
siglo XIX. Por tanto, es probable que entre la teoría de las proporciones
definidas -uno de los principales temas de la controversia- y la teoría atómica
de Dalton existiera una importante interrelación, y que se reforzaran
mutuamente (Fujii,
1986; Hartog, 1894).
Figura 8‑4. Proust afirmaba que los
elementos se combinan en una proporción fija; para Berthollet es variable.
¿quién tenía razón?
El tema
principal de la controversia Bertholet-Proust consiste en si los cuerpos se
combinarían en proporciones definidas y cuál era la demarcación real entre
compuestos y mezclas. Claude Louis Berthollet se opuso a la idea de Bergman y
Proust de que cuando dos sustancias se combinaban tendrían una afinidad
selectiva entre sí y siempre se combinarían en proporciones constantes.
Berthollet sostuvo que la afinidad era un concepto relativo, que variaba con
las condiciones físicas que acompañaban a una reacción (Fujii,
1986; Hartog, 1894).
La razón
de esta discrepancia consiste en que cuando estos químicos hablaban de cuerpos,
no diferenciaban entre una mezcla homogénea y un cuerpo puro de un compuesto,
por la razón de que las mezclas homogéneas
aparentan ser sustancias puras. En una disolución los componentes de
la mezcla son variables y dependerán de condiciones externas, que sería la idea
que tenía Berthollet de un cuerpo. Sin embargo, al interior de los cuerpos no
solo existen mezclas, también hay sustancias puras compuestas que siempre se
generaban al hacer reaccionar proporciones definidas de otros cuerpos, por
ejemplo, al sintetizar cloruro de sodio, el cual siempre requería las mismas
cantidades relativas de sodio metálico y gas de cloro.
De lo
anterior debemos tener en cuenta que la ley de proporciones que enunciaremos en
capítulos posteriores está enfocada a sustancias puras compuestas como el
cloruro de sodio sólido, o el agua ultrapura y no mezclas homogéneas o disoluciones
las cuales si poseen una composición variable medida por las unidades de
concentración.
No hay comentarios:
Publicar un comentario