Para poder estudiar los procesos físicos o
químicos, los investigadores suelen crear
sistemas aislados donde es posible someter a la
materia a observación controlando diferentes
variables que pueden influir en su
comportamiento.
Un sistema es cualquier porción del universo
aislada en un recipiente inerte para estudiar
las variables sobre el contenido del sistema. De
acuerdo a las relaciones que se establecen entre
un sistema y sus alrededores los sistemas se
pueden clasificar en:
Sistema Abierto:
es aquel sistema que intercambia materia y
energía con sus alrededores. Un ejemplo de
sistema abierto es un líquido colocado en un
recipiente abierto a la atmósfera.
Sistema cerrado:
es un sistema que puede recibir o ceder energía,
pero no puede intercambiar materia. Un ejemplo
de sistema cerrado puede ser un recipiente
cerrado al cual se le aplican variaciones de
temperatura. El ganará o perderá energía, pero
su masa permanecerá constante.
Sistema aislado:
en este tipo de sistema no existe intercambio de
energía con sus alrededores. Como ejemplo de
este sistemas se encuentran los sistemas al
vacío donde se producen reacciones aisladas del
medio que las rodea.
Elementos de un sistema:
Componentes, fases y entorno. Componentes: en
un sistema puede estar presente uno o más
componentes. Por ejemplo; un sistema conformado
por un componente sería un vaso con aceite. Si
se coloca en el mismo recipiente, vinagre, el
sistema estará conformado por 2 componentes:
aceite y vinagre. Los componentes pueden
encontrarse en estado gaseoso, líquido o sólido,
en el ejemplo ambos componentes se presentan en
estado líquido y conforman 2 fases.
Las fases son
porciones homogéneas de un sistema que pueden
diferenciarse físicamente y separarse
mecánicamente.
El entorno de
un sistema se refiere a todo aquello que le
rodea y que tiene influencia sobre el
comportamiento de sus componentes.
Cuando se estudia un sistema se describen sus
propiedades o variables de estado. Por ejemplo:
si se tienen dos recipientes, uno que contiene 2
litros de agua líquida (l) y otro que contiene
10 g de hielo (s). Se indicarán las variables
que permiten que el estado de la materia se
mantenga:
T= 25ºC , Presión = 1 atm, H 2 O =Líquido
T= 0ºC , Presión = 1 atm, H 2 O =Sólida
Cambios de Estado y Energía asociada:
Los cambios de estado de un elemento o sustancia
son posibles gracias a la fusión que es el paso
de una sustancia sólida a estado líquido. Esto
se logra cuando el calor vence, en parte, a las
fuerzas de atracción que mantienen unidas las
moléculas del sólido, la energía calórica
aumenta la velocidad de las moléculas de un
sólido haciendo que éstas pierdan su orden
inicial.
La solidificación o
congelación: es el proceso inverso de la
fusión donde se desprende el calor que permite
que la sustancia se solidifique, es decir, donde
las moléculas de la sustancia pierden su
movimiento encontrándose en un estado de orden
casi total y donde el movimiento entre las
moléculas es la vibración.
La Evaporización:
es el proceso que permite que una sustancia en
estado líquido se convierta en gas.
La Condensación:
es el proceso inverso a la vaporización ya que
el gas pasa al estado líquido.
La sublimación:
es el paso del estado sólido al estado gaseoso.
Todos estos procesos traen como consecuencia la
transferencia de energía dando lugar a
reacciones exotérmicas las cuales liberan calor
o reacciones endotérmicas las cuales requieren
de calor.
En un sistema es posible mantener diferentes
condiciones constantes entre ellas la presión y
así observar el comportamiento de una sustancia
al aplicar una temperatura determinada. Los
ensayos de este tipo han permitido conocer el
punto de fusión (p.f.)
y el punto de ebullición (p.e.)
El punto de fusión:
es la temperatura en que una sustancia puede
coexistir en equilibrio en los estados sólido y
líquido a una presión constante de 750 mmHg. En
el punto de fusión la sustancia puede absorber
calor adicional pero la temperatura no aumenta,
ya que toda la energía añadida se usa para
vencer las fuerzas de atracción que mantienen a
las moléculas en sus posiciones fijas en el
estado sólido.
El punto de
ebullición: es la temperatura a la cual
la presión de vapor de un líquido es igual a la
presión atmosférica. Esa temperatura siempre es
la misma para un líquido en particular.
Los sistemas permiten conocer el
comportamiento de una sustancia cuando se
aplican variaciones de temperatura, estos
ensayos son de importancia ya que permiten
conocer propiedades útiles de diferentes
sustancias las cuales pueden ser utilizadas como
refrigerantes por ejemplo.
A
continuación se presenta un sistema cerrado para
el estudio del agua, para generar una curva de
calentamiento:
Si se calienta una cantidad determinada de
hielo en un recipiente inicialmente a -20ºC
hasta transformarlo totalmente en vapor y se
mide la temperatura cada cierto tiempo se
obtiene la siguiente gráfica denominada curva de
calentamiento:
Una curva similar a la anterior puede obtenerse
cuando se sustrae el calor del vapor de agua
hasta llevarlo al estado sólido, la curva
obtenida se denomina curva de enfriamiento:
Diagrama de Fases:
Este diagrama permite ilustrar las relaciones de
presión- temperatura entre las fases sólida,
líquida y gaseosa de una sustancia. Cada
sustancia tiene su diagrama de fases
característico y se determina experimentalmente.
Se representa a continuación el diagrama de
fases del agua:
En el diagrama un área
representa una fase, una línea representa dos
fases en equilibrio y un punto representa una
intersección donde las tres fases están en
equilibrio. El punto se denomina punto triple y
tiene un valor determinado a una temperatura
dada.
REFERENCIAS:
Requeijo, D. y Requeijo A. (2002). Química .
Editorial Biosfera.
Irazábal A. y de Irazábal C. (S/A). Química.
Ediciones CO-BO.
Mahan. Química. (1977). Fondo Educativo
Interamericano.
