Conceptos Fundamentales de Física y Química: Magnitudes, Materia, Mezclas y Disoluciones

Magnitudes Físicas

En física y química, se trabaja con diferentes tipos de magnitudes para describir las propiedades de la materia y los fenómenos.

Tipos de Magnitudes

• Magnitudes fundamentales: Se definen por sí mismas, con independencia de las demás.
• Magnitudes derivadas: Se definen a partir de las fundamentales.
• Magnitudes escalares: Son aquellas magnitudes que quedan determinadas cuando se conoce su medida (valor numérico y unidad).
• Magnitudes vectoriales: Son aquellas magnitudes que quedan determinadas cuando se conoce su medida o valor numérico, su unidad, la dirección que tienen y el sentido en el que actúan.

Definiciones Clave

• Masa (M): Cantidad de materia que tiene un cuerpo.
• Volumen (V): Lugar que ocupa un cuerpo en el espacio.
• Densidad (D): Es la relación entre la masa (M) y el volumen (V) ocupado por una sustancia. Se define como la cantidad de masa que corresponde a la unidad de volumen. Fórmulas relacionadas: D = M / V ; M = V * D ; V = M / D.

Estados de la Materia y Cambios de Estado

La materia puede existir en diferentes estados, y puede cambiar de un estado a otro mediante procesos específicos:

• Fusión: Es el cambio de estado sólido a líquido al aplicarle calor.
• Solidificación: Es el paso de estado líquido a sólido al enfriarse.
• Evaporación: Consiste en el paso de estado líquido a vapor a cualquier temperatura (ocurre en la superficie del líquido).
• Ebullición: Ocurre cuando a un líquido se le aplica suficiente calor, aumenta su temperatura hasta un punto específico (punto de ebullición), empieza a hervir y pasa a estado gaseoso en toda su masa.
• Condensación: Es el proceso de cambio de estado gaseoso a líquido al enfriarse.
• Sublimación: Es el paso directo de estado sólido a gaseoso, sin pasar por el estado líquido.
• Sublimación inversa (o deposición): Es el paso directo de estado gaseoso a sólido, sin pasar por el estado líquido.

Sustancias y Mezclas

Sustancias Puras

Son aquellas que están integradas por partículas iguales entre sí y cuyas propiedades características no cambian.

• Sustancias simples (Elementos): Son las sustancias que no se pueden descomponer en otras más sencillas por métodos químicos. Ejemplos: Hierro (Fe), Oro (Au), Cobre (Cu), Cloro (Cl).
• Compuestos: Formados por la unión química de dos o más elementos en proporciones fijas. Ejemplo: Agua (H₂O), Sal común (NaCl).

Mezclas

Son sistemas materiales formados por la unión física de varias sustancias puras, donde cada una mantiene sus propiedades.

Mezclas Heterogéneas

Son sistemas materiales formados por varias sustancias en los que sus componentes se pueden distinguir a simple vista o con instrumentos ópticos, y su estructura y composición varían de un punto a otro. Ejemplos: granito, agua y aceite.

Métodos de Separación de Mezclas Heterogéneas

Separación Sólido de Sólido:

• Manualmente (Tria): Si el tamaño de las partículas es suficientemente grande para separarlas a mano.
• Cribado (Tamización): Se separan los componentes sólidos aprovechando la diferencia en el tamaño de sus partículas, usando una criba o tamiz.
• Imantación (Separación magnética): Se aprovecha que uno de los componentes tiene propiedades magnéticas y puede ser atraído por un imán.

Separación Sólido de Líquido:

• Filtración: Se emplea cuando un componente sólido insoluble está en forma de pequeñas partículas suspendidas en un líquido. Se usa un filtro que retiene el sólido y deja pasar el líquido.
• Decantación: Se emplea cuando las sustancias a separar (un sólido insoluble y un líquido, o dos líquidos inmiscibles) tienen distinta densidad. Se deja reposar la mezcla para que el componente más denso se deposite en el fondo (sedimentación) y luego se separa el líquido sobrenadante con cuidado.

Mezclas Homogéneas (Disoluciones)

Son sistemas materiales en los que sus componentes no se pueden distinguir ni siquiera con instrumentos ópticos potentes. Tienen una composición y propiedades uniformes en toda la mezcla. El componente mayoritario se llama disolvente y el minoritario, soluto.

Tipos Comunes de Disoluciones

• Sólido en líquido: Sal disuelta en agua.
• Líquido en líquido: Alcohol disuelto en agua.
• Gas en líquido: Oxígeno disuelto en agua.
• Gas en gas: El aire (mezcla de nitrógeno, oxígeno, etc.).
• Sólido en sólido: Aleaciones como el bronce (cobre y estaño).

Concentración de las Disoluciones

La concentración expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad determinada de disolvente o de disolución.

Formas de Expresar la Concentración

• Tanto por ciento en masa (o peso): Expresa los gramos de soluto contenidos en 100 gramos de disolución.

  Fórmula: % en masa = (Masa de soluto / Masa de disolución) * 100

  Nota: Masa de disolución = Masa de soluto + Masa de disolvente.

• Concentración en masa (Gramos por litro): Expresa los gramos de soluto contenidos en 1 litro de disolución.

  Fórmula: Concentración (g/L) = Masa de soluto (g) / Volumen de la disolución (L)

Notación Científica

(Nota: Este concepto parece introducido al inicio del texto original pero no se desarrolla. La notación científica es una forma de expresar números muy grandes o muy pequeños de manera concisa, utilizando potencias de 10).