martes, 28 de abril de 2020

CAMBIOS DE ESTADOS Y CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS


SISTEMAS, LÍMITES, ENTORNO Y CAMBIOS DE ESTADOS.
INTRODUCCIÓN.
Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio (tiene volumen), tiene masa, está formada por partículas y es discontinua (siempre hay espacios vacíos entre las partículas). Uno de los objetivos de la ciencia es analizar una parte de la materia, la que nos interesa, a los efectos de interpretarla, extraer conclusiones, elaborar leyes científicas, etc. Por lo anterior es importante comprender el concepto de sistema y saber aplicarlo.
Un sistema es una parte del universo (una porción de materia) que se separa del resto por límites claramente definidos, reales o imaginarios, para estudiarla y comprenderla. A lo que rodea al sistema le llamaremos entorno. Se pueden clasificar según intercambio de materia y energía entre sistema y entorno en: abierto (existe intercambio de materia y energía entre ellos); cerrado (sólo se intercambia energía) y aislado (no hay intercambio ni de materia ni de energía). También se pueden clasificar según cantidad de fases en: homogéneos (formados por 1 sola fase) y heterogéneos (formados por 2 o más fases). Por último: sistemas homogéneos tenemos 2 tipos que se diferencian en la cantidad de componentes: cuerpos puros (1 sólo componente) y solución (formado por 2 o más componentes).
Imaginemos un sistema formado por agua y aceite dentro de un vaso destapado. En primer lugar lo podemos clasificar como un sistema abierto dado que se intercambia materia y energía entre él y su entorno. Nos damos cuenta de lo anterior debido a que: a) si a dicho vaso lo dejamos destapado sobre una mesa y al cabo de algunos días lo vemos seguramente notaríamos que el volumen de líquido contenido ha disminuido (probablemente se evaporó parte del agua y pasó del sistema al entorno) lo que significa que hubo intercambio de materia; b) también si a diferentes intervalos de tiempo medimos la temperatura del vaso notaríamos que la misma cambia según varíe la temperatura ambiente: esta variación de temperatura sobre el sistema nos está indicando que hay intercambio de energía.
En segundo lugar el sistema anterior lo podemos clasificar como heterogéneo dado que está formado por 2 fases. Lo anterior se debe a que cada capa del sistema (el agua por un lado y el aceite por el otro) es una parte del sistema en su conjunto, una fase del mismo: el agua tiene una composición química definida y propiedades intensivas características (hierve a determinada temperatura, su densidad tiene determinado valor,etc.) mientras que el aceite tiene otras propiedades y composición diferente.
EJEMPLO.
Analicemos un ejemplo sencillo: tenemos en el freezer una botella cerrada conteniendo 500 gramos de agua (que la consideramos como pura). Si definimos al sistema como el agua que está dentro de la botella podemos decir que se trata de un sistema cerrado dado que sólo se intercambia energía con el entorno y también homogéneo porque está formado por una sola fase (y dado que tenemos 1 sólo componente también podemos decir que es una solución).
Ahora imaginemos que tenemos la misma cantidad de agua en un recipiente a -25°C y queremos analizar los cambios de estados con el aumento de temperatura que experimenta nuestro sistema que en este caso está en estado sólido. Para ello podemos colocar al sistema sobre un soporte y a este sobre un mechero y con ayuda de un cronométro y un termómetro registrar los valores de temperatura y tiempo. Con los datos obtenidos podemos construir una gráfica de temperatura en función del tiempo e interpretar la misma. Dado que para todas las sustancias que son puras se obtienen curvas similares, en este caso suponiendo que el agua es pura obtendríamos una gráfica de calentamiento semejante a la que se muestra:

CUESTIONARIO.
Buscar información y responder las siguientes preguntas:
1) ¿En qué estado se encuentra el agua en los tramos 1, 2, 3, 4 y 5 de
la gráfica?.
2) ¿Cuántos cambios de estados sufre el agua durante todo el proceso
de calentamiento? Nombrarlos y marcarlos en la gráfica.
3) El punto de fusión, Pf, es la temperatura a la cual una sustancia pura
cambia del estado sólido al estado líquido. Según la gráfica: ¿cuál es
el valor de dicha temperatura? Marcarlo en la curva.
4) El punto de ebullición, Peb, es la temperatura a la cual una sustancia
pura pasa del estado líquido al gaseoso. Según la gráfica: ¿cuál es el
valor de dicha temperatura? Marcarlo en la curva.
5) Ambos valores, el Pf y el Peb, son propiedades intensivas características: ¿qué significa este último concepto?

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