Clasificación de la materia

La materia puede clasificarse atendiendo a su composición en sustancias puras y mezclas.

Sustancias puras

Una sustancia pura es un tipo de materia que tiene composición fija y propiedades características constantes. No puede separarse en otras sustancias por métodos físicos.

Las sustancias puras pueden ser:

Elementos

Son sustancias que no pueden descomponerse en otras más simples mediante reacciones químicas ordinarias. Están formados por un solo tipo de átomo y se representan con los símbolos de la tabla periódica.

Ejemplos: hierro (Fe), oxígeno (O₂), neón (Ne)

Compuestos

Son sustancias formadas por la combinación química de dos o más elementos en proporciones fijas y definidas. Pueden descomponerse en sus elementos constituyentes mediante reacciones químicas.

Ejemplos: agua (H₂O), dióxido de carbono (CO₂), cloruro de sodio (NaCl)

Mezclas

Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias que conservan sus propiedades individuales y pueden estar presentes en proporciones variables. Sus componentes pueden separarse por métodos físicos.

Las mezclas pueden clasificarse en:

Mezclas homogéneas (disoluciones)

Son mezclas en las que no se pueden distinguir sus componentes a simple vista ni con microscopio óptico. Presentan aspecto uniforme y propiedades constantes en toda la muestra.

Ejemplos: aire, agua salada, aleaciones metálicas (acero, latón), alcohol en agua

Componentes de una disolución

• Disolvente: componente que se encuentra en mayor proporción o que conserva su estado físico.
• Soluto: componente que se encuentra en menor proporción o que cambia su estado físico.

Tipos de disoluciones según el estado físico

Concentración de las disoluciones

La concentración de una disolución puede expresarse de diferentes formas:

Porcentaje en masa: \(\% \, \text{masa} = \frac{ \text{masa de soluto}}{ \text{masa de disolución}} \times 100\)- Porcentaje en volumen: \(\% \, \text{volumen} = \frac{ \text{volumen de soluto}}{ \text{volumen de disolución}} \times 100\)- Molaridad (M): \(M = \frac{ \text{moles de soluto}}{ \text{litros de disolución}}\)- Molalidad (m): \(m = \frac{ \text{moles de soluto}}{ \text{kg de disolvente}}\)- Fracción molar (χ): \(\chi_A = \frac{ \text{moles de A}}{ \text{moles totales}}\) Solubilidad\(\)

La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de disolvente a una temperatura dada.

Según el grado de solubilidad, las disoluciones pueden ser:

• Diluidas: contienen una pequeña cantidad de soluto.
• Concentradas: contienen una gran cantidad de soluto.
• Saturadas: contienen la máxima cantidad de soluto que el disolvente puede disolver a una temperatura determinada.
• Sobresaturadas: contienen más soluto del que normalmente puede disolverse a esa temperatura (estado metaestable).

Mezclas heterogéneas

Son mezclas en las que sí se pueden distinguir sus componentes, ya sea a simple vista o con la ayuda de un microscopio óptico. Presentan propiedades diferentes según la parte de la mezcla que se examine.

Ejemplos: granito, ensalada, agua con aceite, agua con arena

Tipos especiales de mezclas heterogéneas

Suspensiones

Son mezclas heterogéneas en las que las partículas de soluto tienen un tamaño superior a 1000 nm. Las partículas se sedimentan con el tiempo si se dejan en reposo.

Ejemplos: agua con arena, agua con arcilla

Coloides

Son mezclas heterogéneas en las que las partículas de soluto tienen un tamaño entre 1 y 1000 nm. Las partículas no se sedimentan fácilmente y presentan el efecto Tyndall (dispersión de la luz).

Ejemplos: leche, mayonesa, gelatina, humo

Métodos de separación de mezclas

Los métodos de separación aprovechan las diferentes propiedades físicas de los componentes de una mezcla para separarlos sin alterar su composición química.

Separación de mezclas heterogéneas

Filtración

Permite separar un sólido insoluble de un líquido, haciendo pasar la mezcla a través de un material poroso (filtro) que retiene las partículas sólidas y permite el paso del líquido.

Aplicaciones: separar arena y agua, preparar café, potabilizar agua

Decantación

Permite separar dos líquidos no miscibles o un sólido de un líquido, aprovechando la diferencia de densidades. Los componentes forman capas que pueden separarse.

Aplicaciones: separar agua y aceite, purificación del petróleo

Centrifugación

Consiste en separar componentes de una mezcla en función de su densidad mediante la aplicación de una fuerza centrífuga al hacer girar la muestra a gran velocidad.

Aplicaciones: separar componentes de la sangre, análisis de suelos, industria láctea

Separación magnética

Permite separar materiales magnéticos de no magnéticos mediante la aplicación de un campo magnético.

Aplicaciones: separar hierro de arena, reciclaje de materiales, minería

Tamizado

Consiste en separar partículas sólidas de diferentes tamaños haciéndolas pasar por un tamiz o criba con orificios de tamaño específico.

Aplicaciones: industria alimentaria, construcción, análisis de suelos

Separación de mezclas homogéneas

Destilación

Permite separar los componentes de una disolución líquida aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. Al calentar, los componentes se evaporan a diferentes temperaturas y luego se condensan por separado.

Tipos de destilación:

• Destilación simple: para separar un sólido disuelto en un líquido o líquidos con puntos de ebullición muy diferentes.
• Destilación fraccionada: para separar líquidos con puntos de ebullición cercanos utilizando una columna de fraccionamiento.

Aplicaciones: obtención de agua destilada, refinado de petróleo, producción de bebidas alcohólicas

Cristalización

Permite separar un sólido disuelto en un líquido mediante la formación de cristales al evaporarse el disolvente o al disminuir la temperatura de la disolución.

Aplicaciones: obtención de sal marina, purificación de compuestos químicos, industria farmacéutica

Cromatografía

Técnica que permite separar los componentes de una mezcla basándose en la diferente velocidad de desplazamiento a través de un medio poroso (fase estacionaria) cuando son arrastrados por un fluido (fase móvil).

Tipos de cromatografía:

• Cromatografía en papel: la fase estacionaria es papel de filtro.
• Cromatografía en capa fina: la fase estacionaria es una capa delgada de adsorbente en un soporte inerte.
• Cromatografía de columna: la fase estacionaria se coloca en el interior de una columna.

Aplicaciones: análisis de pigmentos vegetales, control de calidad farmacéutico, investigación forense

Extracción

Consiste en separar un componente de una mezcla aprovechando su diferente solubilidad en un disolvente determinado.

Ejemplos:

• Extracción sólido-líquido: obtención de café a partir de granos molidos.
• Extracción líquido-líquido: separación de yodo de una disolución acuosa utilizando un disolvente orgánico.

Aplicaciones: industria alimentaria, obtención de aceites esenciales, industria farmacéutica

Evaporación

Consiste en separar un sólido disuelto en un líquido mediante el calentamiento de la disolución hasta que el disolvente se evapora por completo.

Aplicaciones: obtención de sal marina, recuperación de azúcar