Química Fundamental: Propiedades y Separación de Sustancias

Utilidad de las Bases

• Neutralización de ácidos
• Producción de jabones
• Ajuste del pH
• Catalizadores

Conceptos Ácido-Base

Autoionización del Agua

Es una propiedad del agua para separarse en sus iones, usualmente de manera reversible.

pH y pOH

• pH: Es una propiedad química que indica la acidez o alcalinidad de una sustancia, en términos de concentración de iones H+.
• pOH: Es una forma de calcular la concentración del ion hidróxido [OH-] en disolución: pOH = -log [OH-].

Escala de pH

Es una escala que va del 0 al 14, donde los valores indican si una sustancia es ácida o básica. Los valores por debajo de 7 corresponden a sustancias ácidas y por encima de 7 a bases.

Teorías Ácido-Base

Teoría de Brønsted-Lowry

Establece que un ácido es una sustancia capaz de donar un protón (H+), mientras que una base es una sustancia capaz de aceptar un protón. Ejemplo: HCl + H2O → H3O+ + Cl-.

Teoría de Arrhenius

Establece que en un medio acuoso, un ácido es una sustancia capaz de liberar iones H+, mientras que una base libera iones OH-. Ejemplo: HCl → H+ + Cl-.

Sustancias y sus Efectos

Vías de Ingreso de Sustancias

• Inhalación
• Absorción
• Ingestión

Efectos de las Sustancias

• Latentes: Aparecen posterior a la exposición de forma tardía.
• Persistentes: No desaparecen, pueden ser más severos y desembocar en efectos crónicos.
• Acumulativos: Producto de exposiciones repetidas, el daño es progresivo y empeora con el tiempo.

Clasificación de Sustancias por Grado de Daño

• Cancerígenas: Sustancias que alteran las células provocando procesos tumorales y cáncer.
• Mutagénicas: Alteración a nivel genético en las células.
• Teratogénicas: Alteran el desarrollo fetal.
• No genotóxicas: Dañan sistemas, órganos o tejidos específicos.

Soluciones y Mezclas

Solubilidad

Se refiere a la máxima cantidad de soluto que puede disolver un disolvente a una temperatura específica.

Disolución

El proceso mediante el cual el soluto y el disolvente se mezclan.

Disociación

Cuando el soluto es una sal y se disuelve en agua, el proceso de disolución implica la separación de los iones.

Importancia de las Soluciones

• El aire que respiramos.
• Medicamentos en forma de soluciones.
• Bebidas carbonatadas.

Características de las Soluciones

• Presentan una sola fase estable.
• La composición es constante en cualquier parte de la solución.

Características de las Mezclas

• Los componentes que forman la mezcla no reaccionan entre sí.
• Los componentes conservan sus propiedades individuales.
• Se pueden separar por métodos físicos.

Mezclas Homogéneas

Son mezclas que tienen propiedades físicas idénticas en toda su extensión. Los componentes se encuentran uniformemente mezclados entre sí.

Ejemplos de Mezclas Homogéneas

• Vino
• Acero inoxidable
• Aire
• Quitaesmalte
• Gas natural

Mezclas Heterogéneas

Son mezclas en las que los componentes se distinguen a simple vista o con procedimientos ópticos. Los componentes no tienen propiedades uniformes.

Ejemplos de Mezclas Heterogéneas

• Leche (en algunos casos)
• Aderezos
• Granito
• Ensalada
• Monedas en una bolsa

Sistemas Dispersos

Definición de Sistema Disperso

Es un sistema en el que los reactivos se encuentran dispersos en un medio que los distribuye con cierta uniformidad o regularidad.

Fase Dispersa y Fase Continua

• Fase dispersa: Partículas dispersas en el medio.
• Fase continua: Medio que dispersa las partículas.

Clasificación de los Sistemas Dispersos

• Soluciones: Partículas de tamaño molecular.
• Coloides: Partículas menores a 100 nm.
• Suspensiones: Partículas mayores a 100 nm que pueden sedimentar.

Importancia de los Sistemas Dispersos

Son fundamentales en la fabricación y conservación de alimentos, ya que se deben condicionar mediante la adición de sustancias para evitar su descomposición.

Coloides

Definición de Coloides

Son mezclas intermedias entre soluciones y suspensiones, donde las partículas son típicamente macromoléculas rodeadas completamente con un solvente.

Características de los Coloides

• Deben tener en sus dimensiones (longitud, ancho y espesor) un intervalo entre 1-100 nm.

Clasificación de los Coloides

Tabla de Estados de Agregación de la Fase Dispersa

Suspensiones

Características de una Suspensión

• Partículas con un tamaño mayor a los 100 nm.
• No son estables.
• No son solubles en el medio dispersante.
• La distribución de las partículas en una suspensión no necesariamente debe ser uniforme y homogénea.
• La sedimentación de las partículas puede tardar de pocos minutos a meses.

Utilidad de las Suspensiones

Abarca alimentos, fármacos, pinturas, diseño de sistemas de transporte.

Sedimentación

Proceso en el que la materia, habiendo estado en un estado suspendida en un líquido, se precipita en el fondo por su gravedad.

Métodos de Separación de Sustancias

Clasificación de los Métodos de Separación

• Métodos físicos: Gravedad, centrifugación, decantación, filtración, tamizado.

Centrifugación

Consiste en hacer girar una mezcla a una velocidad elevada para que los componentes más densos sedimenten de forma más rápida.

Ejemplos de Decantación y Centrifugación

• Decantación:
  • Separación de agua y aceite.
  • Separación de agua y arena.
• Centrifugación:
  • Separación de la grasa de la leche.
  • Separación del ADN.

Filtración

Consiste en separar partículas sólidas insolubles contenidas en un líquido.

Tamizado

Consiste en separar por tamaño o granos diferentes partículas de una mezcla a través de una superficie perforada.

Ejemplos de Filtración y Tamizado

• Filtración:
  • Filtración de agua para eliminar impurezas.
  • Filtración de aire para eliminar partículas.
• Tamizado:
  • Separación de granos de diferentes tamaños en la agricultura.
  • Separación de minerales y piedras preciosas.

Evaporación

Consiste en separar mezclas homogéneas entre un líquido y un sólido disuelto, mediante la evaporación del líquido.

Aplicaciones de la Evaporación

Se emplea en la producción de leche evaporada, concentración de jugos de frutas o condimentos para sopa.

Cristalización

Método que da como resultado la formación de partículas sólidas de alta pureza de una determinada sustancia, a partir de una disolución que contiene dicha sustancia.

Aplicaciones de la Cristalización

• En la producción de azúcar de caña.
• A nivel laboratorio, se usa para la obtención y purificación de sales, ésteres, ácido acetilsalicílico (aspirina).

Destilación

Es la separación de mezclas homogéneas entre dos o más líquidos miscibles y volátiles en sus componentes individuales.

Aplicaciones de la Destilación

• Mezcla de alcohol y agua.
• Petróleo (destilación fraccionada).

Sublimación

Proceso en el que un sólido se transforma directamente en vapor sin pasar por la fase líquida.

Aplicaciones de la Sublimación

Purificación del yodo y el arsénico, de sus impurezas no volátiles.

Imantación

Radica en atraer a los materiales con propiedades ferromagnéticas de los que no las tienen. Un ejemplo es la recuperación y el reciclado de materiales ferromagnéticos.