Mapa Conceptual. Universo

CIENCIA

La ciencia es la actividad humana que tiene como objetivo principal el conocimiento de las verdaderas causas de los fenómenos.

Existen muchas ciencias que se fueron generando históricamente, por el deseo del hombre de saber cómo y por qué ocurren las cosas.

Decimos que es una actividad humana porque es eminentemente racional. Llamamos científicos a los hombres y mujeres que se dedican a esta actividad. Es interesante conocer sus vidas y descubrimientos, ya que gracias a ellos la humanidad ha podido por un lado superar creencias y supersticiones y por otro desarrollar productos, procesos, técnicas y conocimientos que nos permiten vivir mejor.

Las ciencias presentan determinadas características que las distinguen de las demás actividades humanas. Por ejemplo:

 - Tienen un objetivo primordial que es la búsqueda de las verdaderas causas de los fenómenos. La verdad (lo verdadero), junto al bien (lo bueno) y la belleza (lo bello) son valores primordiales que los seres humanos de todas las épocas han buscado alcanzar en su camino hacia la felicidad.

- Tienen un método, es decir una forma de proceder que le garantiza la validez de sus descubrimientos. El método más usado en las ciencias naturales es el llamado método científico. (Ver apunte correspondiente)

- Toda ciencia tiene un objeto o materia de estudio, es decir se dedica a investigar la parte de la realidad que le interesa. Por este objeto de estudio se distinguen las diferentes ciencias. Las ciencias naturales como la Física y la Química estudian la naturaleza, es decir la parte concreta del universo que podemos percibir a través de los sentidos (ver apunte correspondiente)

- Toda ciencia genera un conjunto de conocimientos organizados sobre su objeto de estudio. Conocimientos con características y expresiones distintivas que estudiaremos en el capítulo correspondiente.

Los científicos vocacionales, si no son contaminados por intereses económicos, sectoriales, personales o políticos, buscan la verdad y generan conocimientos válidos, pero las ciencias se distinguen por sus diferentes métodos o formas de abordar la realidad y por su objeto de estudio. Así por ejemplo las ciencias sociales como la Historia o la Sociología, estudian los fenómenos producidos en la sociedad actual o histórica. Las ciencias exactas, como la Aritmética o la Geometría, estudian las relaciones numéricas ideales a fin de entender mejor la realidad. Las Humanidades se dedican a comprender mejor al hombre, su pensamiento y cultura. Las ciencias naturales, como ya vimos estudian la naturaleza. Pero cada ciencia natural aborda un aspecto diferente de esta naturaleza. Por ejemplo:

La Física es la ciencia que estudia la energía, los cuerpos, sus propiedades y estados, y los fenómenos físicos, es decir aquellos que no modifican a las sustancias.

La Química es la ciencia que estudia las sustancias, sus propiedades, estructura, composición y los fenómenos químicos que las modifican.

Existe una relación muy estrecha entre la ciencia y la tecnología que hace que muchas veces se confundan. Muchos conocimientos científicos has servido para desarrollar innovaciones tecnológicas, y a su vez muchas innovaciones tecnológicas han permitido realizar nuevos descubrimientos científicos. Sin embargo podemos distinguirlas claramente. La tecnología no busca descubrir conocimientos verdaderos sino inventar objetos o proceso útiles.

Para completar mejor estos conceptos, ve si puedes responder las siguientes preguntas:

1) Nombra otras ciencias naturales además de la Física y la Química e indica qué estudia cada una.

2) Nombra dos científicos importantes de la Física y dos de la Química y señala su época histórica, su país y principales descubrimiento.

3) Nombra dos científicos importantes de la Argentina y señala su época histórica, y principal descubrimiento.

4) Haz una lista de las asignaturas de tu curso y señala, a tu entender, cuál es el valor (bien, verdad o belleza) que tiene cada una como objetivo principal.

5) Nombra 4 descubrimientos científicos y 4 inventos tecnológicos asociados a ellos. Por ejemplo: Galileo descubrió las lunas de Júpiter gracias al telescopio.

MAGNETISMO

FÍSICA: MAGNETISMO

Definimos magnetismo como la propiedad específica que presentan algunas sustancias llamadas magnéticas de atraerse o rechazarse entre sí, es decir que se manifiesta como una forma de energía mediante fuerzas que actúan a distancia. También consideramos magnetismo al conjunto de fenómenos que producen estas fuerzas. Llamamos Magnetismo también, a la rama de la Física que estudia estas fuerzas, sus causas y los fenómenos relacionados.

Los fenómenos magnéticos se conocen desde la antigüedad. Los griegos de la época clásica, ya sabían que en cierta región del Asia llamada Magnesia (de donde viene el nombre) existía un mineral capaz de atraer al hierro y que este a su vez al ser atraído adquiría la propiedad de atraer a otros.

Los primeros registros son de Tales de Mileto, en Grecia, cerca del año 500 a.C. En el siglo IV a.C. se menciona en un libro chino este fenómeno, y es en esta civilización donde tiempo después se mencionará la acción de la magnetita sobre la aguja y comenzará a usarse la brújula hacia el año 1000 de nuestra era. Se han encontrado documentos que indican que en América, los Olmecas conocían el magnetismo hacia el año 1000. En Europa se desarrollará el uso de la brújula hacia el año 1200. Algunos atribuían esta propiedad a brujerías (de donde viene el nombre de brújula) y otros pensaban en la existencia de una gran montaña de hierro en el polo norte que inclusive llegó a dibujarse en algunos mapas de la época. Cristóbal Colón, en su viaje a América registraría por primera vez la declinación magnética de la brújula que es la desviación de la misma con respecto al norte geográfico.

Hacia fines del siglo XVIII, Charles Coulomb, un científico francés realizó los primeros estudios científicos sobre los imanes y el campo magnético, llegando a descubrir la ley fundamental del magnetismo que lleva su nombre. Ya en el siglo XIX, Christian Ørsted, científico danés, descubrió que una corriente eléctrica es capaz de producir un campo magnético y comenzó así una serie de descubrimientos y desarrollos tecnológicos basados en la relación entre la electricidad y el magnetismo.

Se llama imán a cualquier sustancia o cuerpo que tenga la propiedad magnética. Existen imanes naturales como la magnetita que es un óxido de hierro (Fe₃O₄) y otros artificiales obtenidos con diferentes materiales y por diferentes métodos de imantación, como la inducción magnética, el frotamiento con un imán o por la acción de la corriente eléctrica. A los imanes comerciales se les da la forma más adecuada a su uso como cilindros, barras, botones, cintas, aros, discos y la clásica herradura.

Los imanes tienen siempre dos polos magnéticos, que son las zonas del imán donde la intensidad de las fuerzas magnéticas es mayor o expresado más correctamente donde existe una mayor concentración de líneas de fuerza. Estos polos se designan, al igual que los geográficos, como Norte y Sur y se encuentran cercanos a los extremos del imán. Polos de igual nombre se rechazan y de diferente nombre se atraen.

Espectro magnético. Wikipedia

Se llama campo magnético a la zona del espacio que rodea al imán donde este manifiesta su acción magnética. Es un campo de fuerzas a distancia que se hace visible mediante un espectro magnético y en el cual pueden apreciarse entonces las líneas de fuerzas.

Se llama espectro magnético a la representación del campo de un imán que se logra generalmente esparciendo limaduras finas de hierro sobre una lámina no magnética colocada sobre el imán.

Se llaman líneas de fuerza del campo magnético a la trayectoria imaginaria que seguiría un polo norte aislado si se lo libera dentro del campo magnético. Estas líneas de fuerza son apreciables en el espectro magnético. Una aguja imantada colocada en el campo se orientará tangente a la línea de fuerza que pasa por ese lugar. Por convenio se considera entonces que una línea de fuerza sale del polo norte y se dirige al polo sur.

Se llama línea o zona neutral a la línea central, equidistante de ambos polos donde la acción magnética es mínima.

Se llama imantación o magnetización, al fenómeno en el que un cuerpo se transforma artificialmente en un imán. Este proceso puede producirse por inducción, frotamiento o electromagnetismo.

Se llama inducción magnética al fenómeno por el que un material, por el sólo hecho de estar inmerso en un campo magnético, o en las cercanías de un imán, se magnetiza.

Se llaman fuerzas magnéticas a las fuerzas de atracción o de repulsión entre dos imanes.

Se llama energía magnética a la energía potencial o cinética que tiene un cuerpo al ser atraído o movido por las fuerzas magnéticas.

MATERIALES MAGNÉTICOS:

Casi todos los materiales, en mayor o menor medida, pueden ser influenciados por un campo magnético, sin embargo existen algunas diferencias notables que nos permiten clasificarlos en tres grandes grupos.

Se llama permeabilidad magnética a la propiedad que tienen las sustancias de dejarse atravesar por las líneas de fuerza de un campo magnético. De acuerdo con esta propiedad las sustancias pueden ser: Ferromagnéticas, las que tienen permeabilidad alta y por lo tanto son fácilmente atravesadas por las líneas de fuerza, estas sustancias son fuertemente atraídas por el imán, el ejemplo más claro es el hierro, de donde deriva su nombre.  Paramagnéticas, las que tienen permeabilidad similar al vacío (aproximadamente 1) y ejercen muy poca influencia sobre las líneas de fuerza de campo, en general nos parecerá que el imán no las atrae, son ejemplos comunes el vidrio, el agua, el aluminio, etc.  Diamagnéticas, cuando la permeabilidad es menor que 1 y por lo tanto se resisten a ser atravesadas por el campo, tienden a orientarse transversales a las líneas de fuerza aunque en general este efecto es poco perceptible, son ejemplos comunes el bismuto y los metales del grupo 11 de la Tabla Periódica: oro, plata, cobre.

 TEORÍA DE LOS IMANES MOLECULARES O DOMINIOS MAGNÉTICOS

Los polos de un imán no se pueden separar, si dividimos un imán, en la fractura se formarán dos nuevos polos opuestos, el imán más chico es un dipolo siempre. 

 Hoy se sabe que los electrones periféricos de los átomos rotan y generan un campo magnético propio. Este campo puede estar compensado o no por el de otros electrones cercanos, cuando no lo está, el átomo será magnético. Estos átomos tienden a unirse con otros cercanos en la misma orientación magnética. Se llama dominio magnético a este conjunto de dipolos atómicos permanentes orientados en la misma dirección. Estos dominios están generalmente dispuestos de forma aleatoria y por lo tanto el cuerpo resultante no es un imán, pero si se ordenan todos con sus polos iguales hacia el mismo lado, el conjunto tendrá una polaridad marcada y será un imán. En el caso de los imanes naturales como la magnetita, se entiende que estos dominios se fueron orientando según el campo magnético terrestre mientras la lava volcánica originaria se iba solidificando. Los materiales ferromagnéticos son los que presentan dominios magnéticos fáciles de ordenar por acción de un campo externo y en esto consiste la imantación por inducción.

LEY DE COULOMB PARA EL MAGNETISMO

Estudiando las fuerzas entre cargas eléctricas, Charles Coulomb realizó mediciones precisas con una balanza de torsión hasta encontrar la relación entre las fuerzas de atracción y repulsión y la cantidad de carga eléctrica de los cuerpos y expresó esta relación en la ley que lleva su nombre y que estudiaremos en el capítulo correspondiente a la Electrostática. Esta ley se hizo extensiva a las atracciones magnéticas haciéndose necesario definir el concepto de masa magnética, similar al de carga eléctrica.

La masa magnética es la magnitud que expresa la cantidad de magnetismo que tiene un cuerpo.

De acuerdo con este concepto, la ley de Coulomb para fuerzas magnéticas sostiene que : “La fuerza de atracción o de repulsión entre dos masas magnéticas es directamente proporcional al producto de esas masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.”  En símbolos:   

En donde m₁ y m₂ son las masas magnéticas que se atraen y d es la distancia entre ellas. k es una constante que depende de la permeabilidad del medio; k = 1 para el vacío en el sistema internacional de unidades.

  

MAGETISMO TERRESTRE

La tierra es un gran imán y como tal, tiene dos polos y un campo magnético con líneas de fuerza que la rodean.

Los polos magnéticos terrestres no coinciden con los polos geográficos, sino que se encuentran a más de 1000 km de distancia y a cierta profundidad bajo la superficie. Además por algunas razones históricas, sus nombres están invertidos, es decir que, cercano al polo norte geográfico se encuentra en realidad el polo sur magnético, porque se llama polo norte de la brújula, al que indica hacia el norte geográfico, y sabemos que debe ser atraído por el polo opuesto. De la misma manera, el polo norte magnético es el que se encuentra cercano al polo sur geográfico.

Las líneas de fuerza del campo magnético terrestre rodean a la Tierra y pueden interactuar con partículas eléctricas que llegan desde el sol, desviándolas hacia los polos donde se producen las Auroras boreales y australes. Algunas aves migratorias pueden orientarse en sus vuelos por estas líneas de fuerza, pero la manifestación más conocida de este campo es la orientación de la brújula.

La brújula o compás magnético está compuesta básicamente por una aguja imantada que puede girar sobre un eje vertical y se orienta en el campo magnético terrestre. Esta aguja viene montada en cajas especiales que llevan adosada la Rosa de los Vientos con los puntos cardinales. Los compases de navegación tienen suspensión cardánica, lo que significa que pueden girar libremente sobre tres ejes en cualquier dirección. La brújula se orienta tangencialmente a las líneas de fuerza del campo magnético que en la mayor parte del planeta es aproximada a la dirección del meridiano del lugar. Sin embargo el campo magnético terrestre no es uniforme ni permanente, sino que tiene alteraciones de distinto tipo:

- Las alteraciones seculares tienen que ver con el lento corrimiento de los polos magnéticos terrestres que se desplazan actualmente a razón de uno 40 km por año.

- Las inversiones tienen que ver con largos períodos de tiempo (cientos de miles de años) durante los cuales el campo disminuye de intensidad hasta desaparecer y luego volver a aparecer invertido. la última inversión se produjo hace 780.000 años.

Las alteraciones temporales tienen relación con las tormentas solares que influyen notablemente sobre el campo magnético terrestre cuando se producen.

Las alteraciones locales tienen relación con depósitos de minerales magnéticos en una determinada región que alteran el campo en ese lugar.

La brújula presente entonces dos desviaciones que deben tenerse en cuenta: la inclinación y la declinación. La inclinación magnética es el ángulo que forma la brújula con la línea horizontal del lugar y se debe a la profundidad de los polos magnéticos bajo la superficie terrestre, que hace que, en el hemisferio norte la punta de la brújula tienda a inclinarse hacia abajo y en el hemisferio sur hacia arriba. Sólo en el ecuador magnético, que se encuentra próximo al ecuador geográfico, la brújula se mantiene perfectamente horizontal; en los polos magnéticos la inclinación de la brújula es de 90º, es decir que adquiere un aposición vertical. La declinación magnética es el ángulo que forma la brújula con el meridiano geográfico del lugar y se debe a que los polos magnéticos no coinciden con los polos geográficos. Esta declinación está tabulada en tablas de navegación para cada región del planeta, pero varía con los años. El ángulo de declinación puede variar desde 0º en las zonas que son agónicas, es decir que el meridiano geográfico coincide con las líneas de fuerza del campo magnético, hasta 180 º en las zonas cercanas a los polos donde la brújula pierde su efectividad.

MATERIA: SISTEMAS MATERIALES

Los sistemas materiales son cuerpos, sustancias, partes de un cuerpo o conjuntos de cuerpos y sustancias que se encuentran juntos. Son porciones de la naturaleza material que separamos para estudiar

Estos sistemas se suelen clasificar a simple vista en dos grandes grupos: HOMOGÉNEOS, cuando se puede observar una sola fase, es decir que dan la apariencia de estar formados por un solo componente y las propiedades son las mismas en todos los puntos del sistema; HETEROGÉNEOS, cuando se observan dos o más fases, aún cuando estas fases puedan corresponder a diferentes estados de un mismo componente, y se observan diferentes propiedades en distintos puntos del sistema.

Se llama fase a cada parte homogénea en un sistema heterogéneo y componente a cada una de las sustancias que se encuentran mezcladas en el mismo. La cantidad de fases y componentes es variada e independiente, es decir un sistema puede tener tres fases y un solo componente como ocurre con el agua que puede estar en el mismo sistema en los tres estados o puede tener tres componentes y una sola fase como ocurre en una mezcla de sal agua y azúcar.

Cada uno de ellos puede subdividirse en distintas clases, Por ejemplo:

Las sustancias son las distintas clases de materia que presentan propiedades específicas constantes y una composición definida. No pueden separarse ni fraccionarse. Son las verdaderas especies químicas.

Las sustancias simples son las que no pueden descomponerse en nada más sencillo porque son lo más sencillo que hay; están formadas por un solo elemento químico. Algunos elementos tienen la propiedad de formar distintas sustancias simples según la forma de agrupación de sus átomos, se dice entonces que presentan variedades alotrópicas. Son sustancias simples los metales como el hierro, cobre, oro, cinc, sodio, etc., y otras no metálicas como el azufre, nitrógeno, cloro, etc. El oxígeno y el ozono son variedades alotrópicas del oxígeno; el carbón, el grafito y el diamante son variedades alotrópicas del carbono

Las sustancias compuestas son las que están compuestas por dos o más elementos y por lo tanto pueden descomponerse en otras más sencillas. La Ley de las Proporciones Definidas o Constantes, de Joseph Louis Proust, una de las primeras leyes de la Química, sostiene al respecto que “Una misma sustancia compuesta tiene siempre los mismos elementos unidos en la misma proporción de masas”. Hay sustancias compuestas minerales como la sal común o cloruro de sodio, el yeso o sulfato de calcio, el dióxido de carbono, el agua. Hay también sustancias compuestas orgánicas como el azúcar común o sacarosa, el alcohol etílico, el ácido cítrico, las proteínas, etc.

Las soluciones son las mezclas homogéneas, es decir sistemas formados por dos o más componentes pero que presentan una sola fase, ya que las partículas de la fase disuelta son más pequeñas de lo que puede observar cualquier microscopio (< 0,1 nm). Por esto son claras y transparentes, no decantan ni filtran y sólo se pueden separar por alguno de los métodos de fraccionamiento. El componente que determina el estado de la solución o que se encuentra en mayor proporción es el solvente, y el de menor proporción es el soluto. Una solución puede tener un solvente y varios solutos o también varios solventes. Son soluciones naturales por ej. el agua mineral, el agua de mar, el aire, el azúcar en la sangre, algunos derivados del petróleo, etc.
De acuerdo con el estado de agregación de sus componentes, las soluciones se clasifican: 

Solutoà Solvente↓	SÓLIDA	LÍQUIDA	GASEOSA
SÓLIDO	BRONCE	SAL HÚMEDA	ADSORCIONES
LÍQUIDO	AGUA MINERAL	VINAGRE	OXÍGENO EN AGUA
GAS	AROMAS	HUMEDAD EN AIRE	AIRE

El bronce, como todas las aleaciones metálicas, es una disolución de dos metales o más (en este caso estaño y cobre) que se unen tan profundamente que adquieren propiedades especiales sin que pueda considerarse un fenómeno químico.
Las adsorciones son sistemas muy particulares en los que las moléculas de un gas quedan atrapadas en la superficie de las partículas de un sólido. Así atrapan a los gases tóxicos los componentes activos de una máscara antigases por ejemplo.
La gran mayoría de los aromas de flores, frutos y también los desagradables, se deben a moléculas de sustancias sólidas que se dispersan en el aire y así llegan a nuestro membrana olfatoria.

Los coloides son sistemas heterogéneos, en el límite con lo homogéneo, es decir las partículas de la fase dispersa (generalmente sólidas dispersas en un líquido), llamadas micelas, son tan pequeñas (< 1 µm) que sólo se ven con un buen microscopio. Sin embargo a diferencia de otras mezclas heterogéneas, los coloides no decantan y presentan el Efecto Tyndall, que consiste en dispersar un haz de luz que los atraviesa, cosa que no hacen las soluciones. Son coloides por ejemplo los geles y gelatinas, la yema del huevo, las proteínas de la leche, etc.

Las emulsiones son sistemas heterogéneos formados por la mezcla íntima de dos líquidos insolubles. Esto se logra generalmente mediante la acción de un agente emulsionante. Son emulsiones por ejemplo muchas cremas usadas en cosmética, la grasa de la leche, la mayonesa, etc.

Las suspensiones son mezclas que tienen una fase de partículas finamente divididas pero visibles (>1 µm) en un estado de agregación y otra fase continua en otro estado de agregación. Por ejemplo: el agua turbia de un río (sólido en líquido), la neblina (líquido en un gas), la espuma (gas en un líquido), el humo (sólido en un gas), etc.

Como dispersiones se suele considerar a todos los sistemas heterogéneos en los que las fases estén mezcladas, pero más en particular a las mezclas de dos sólidos con partículas fácilmente observables, como por ejemplo, la tierra,  la arcilla, la arena, etc.

La combinación de dos elementos o sustancias para formar otra, así como la descomposición de una sustancia compuesta en otras más sencilla son fenómenos químicos; la separación de fases, el fraccionamiento, así como la mezcla o disolución son en cambio fenómenos físicos, ya que las sustancias mezcladas siguen conservando sus particularidades.

También se pueden clasificar los sistemas heterogéneos o dispersiones por el estado de agregación de la fase dispersa, (la que se encuentra en menor proporción) y de la fase dispersante, (la que está en mayor cantidad).

Fase Dispersaà Fase Dispersante↓	SÓLIDA	LÍQUIDA	GASEOSA
SÓLIDO	HARINA	BARRO	PIEDRA POMES
LÍQUIDO	PINTURA	CREMA	GASEOSAS
GAS	HUMO	NIEBLA	NO (Todos los gases son solubles)

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE FASES

Los métodos de separación de fases son procedimientos físicos y mecánicos destinados a separa las diferentes fases de una dispersión. En estos procesos las sustancias no se transforman sólo se separan. El método usado depende de las características de las fases del sistema. Por ejemplo:

TRÍA: Es una operación manual en la que se separan fases fácilmente observables de un sistema de pocos componentes sólidos o de una muestra pequeña del mismo. Por ejemplo las frutas defectuosas de las sanas en un sector de encajonado.

TAMIZACIÓN: Es un método utilizado para separa dos fases sólidas con particulado de diferente tamaño mediante un tamiz, criba o cernidor con perforaciones adecuadas para que deje pasar la fase más pequeña y retenga la más grande. Así se separan por ejemplo semillas de diferentes cereales o la arena  o la harina.

FILTRACIÓN: Es un método usado para separar un sólido insoluble  de un líquido. Consiste en hacer pasar la dispersión por un filtro que retiene las partículas sólidas y deja pasar el líquido. Así se separan por ejemplo las impurezas de la leche en las plantas de pasteurización. En muchos casos se usan filtros prensa, como en la extracción de aceites de oliva o girasol

DECANTACIÓN: Es el método usado para separar dos líquidos no miscibles de diferentes densidades o un sólido insoluble. Consiste simplemente en dejar el sistema en reposo durante un tiempo de modo que la fase más densa se deposita en el fondo y la menos densa queda arriba. Así se separan por ejemplo las impurezas sólidas en los procesos de potabilización de aguas de río.

FLOTACIÓN: Este método se usa para separa minerales finamente divididos que tienen diferentes afinidades por un determinado líquido o gas. Consiste en hacer burbujear un gas en la masa barrosa que contiene a la dispersión y un agente que genere espuma. La espuma arrastra hacia la superficie las partículas de una de las fases y deja en el fondo a las otras. Se utiliza especialmente en la concentración de determinados minerales livianos como los sulfuros de cobre o de hierro en la industria metalúrgica.

CENTRIFUGADO: Se utiliza para separar líquidos no miscibles o un sólido de un líquido. Consiste en someter al sistema a la acción de una máquina centrífuga que acelera la decantación, enviando la fase más densa hacia el exterior del círculo de giro mientras que la menos densa queda en el interior. Así separa la crema de la leche en la industria láctea o algunos componentes de la sangre en un laboratorio bioquímico.

IMANTACIÓN: Es un método para separar partículas de hierro de un sistema. Consiste en hacer pasar el sistema (generalmente sólido) por unas zarandas imantadas o desplazar un imán por la superficie del sistema de modo que retenga las partículas de hierro. Se utiliza en la limpieza de cereales que han sido maquinados y arrastran partículas de hierro de las máquinas de tratamiento o acarreo.

EVAPORACIÓN: Se utiliza para separar un líquido de un sólido mediante calor o corrientes de aire. Así se seca la ropa tendida, o las semillas de cereales, o el azúcar separado de la caña, etc.

VENTILACIÓN: Se utiliza para separar sistemas sólidos con una fase muy liviana que es arrastrada por corrientes de aire. Así se separan por ejemplo las cáscaras de algunos cereales.

LEVIGACIÓN: Se utiliza para separar sistemas sólidos con fases de distinto peso mediante una corriente de agua que arrastra a la fase más liviana. Así se separan las arenas e impureza del oro en la extracción de este metal.

LIXIVIACIÓN: En algunos aspectos es similar a la levigación pero el líquido arrastra a uno de los sólidos por disolución. Se utiliza por ejemplo para separar el azúcar de la remolacha azucarera mediante una corriente de agua sobre las rodajas finas de la remolacha.

EXTRACCIÓN O DISOLUCIÓN: Se utiliza para separa dos sólidos de diferente solubilidad. Se agrega al sistema un líquido que tenga la propiedad de disolver a uno de los sólidos y no al otro. Luego se separa la solución del sólido insoluble y por último se evapora el solvente quedando el sólido soluble aparte. Este método suele recibir diferentes nombre según la forma de disolución. Por ejemplo: Infusión, cuando el solvente es agua caliente (como el mate o el té). Decocción, cuando el solvente es agua que hierve durante un rato (como en el matecocido o en el caldo de verduras). Maceración, cuando el solvente es alcohol (como en la elaboración de perfumes y licores).

SUBLIMACIÓN: Se utiliza para separar dos sólidos volátiles. Al calentar la mezcla, el sólido que volatilice a más baja temperatura, lo hará primero, luego sus vapores se enfrían y subliman.

FUSIÓN: Se utiliza para separar los componentes de una mezcla sólida cuando estos no se descomponen por el calor. Consiste en calentar el sistema hasta que estén todos los componentes fundidos y luego dejar en reposo para que se enfríe lentamente y los líquidos se concentren a diferentes alturas. Así se separa el sebo de la grasa vacuna para refinarla.

MÉTODOS DE FRACCIONAMIENTO DE SOLUCIONES

Estos Son métodos físicos, que por lo general se basan en algún cambio de estado o forma de distribución de alguno de los componentes de la solución. Por ejemplo:

DESTILACIÓN: Usado para fraccionar soluciones de dos líquidos o de un líquido que se quiere separar de sus sólidos disueltos. Consiste en someter al sistema a la acción del calor hasta que el componente de menor punto de ebullición comience a hervir; sus vapores son conducidos a un refrigerante que los vuelve a condensar. Los dispositivos utilizados para este proceso reciben el nombre de destiladores o alambiques. Por este proceso se obtiene el agua destilada y se concentra el alcohol para las bebidas alcohólicas.

DESTILACIÓN FRACCIONADA: Es un método basado en el mismo principio que el anterior pero es más efectivo cuando el sistema es una solución de varios líquidos de puntos de ebullición cercanos. Se calienta la solución en una torre de fraccionamiento que suele ser muy alta y cuenta a distintas alturas con platillos o sistemas de recolección de lluvias. Los vapores ascienden por la columna pero se van enfriando, se condensan y caen como lluvia que vuelve a calentarse, evaporarse y subir. Al cabo de un tiempo la columna entra en régimen, es decir que comienzan a concentrarse a distintas alturas los vapores de los componentes cuyo punto de ebullición es cercano a la temperatura de ese lugar y entonces son recogidos por los platillos o tubos de recolección que los sacan fuera de la columna. Por este proceso se destila el petróleo para separarlo en sus componentes comerciales más conocidos.

ÓSMOSIS: Método usado para separar soluciones de un sólido en un líquido por medio de una membrana semipermeable que permite que el líquido pase hacia el lado donde la concentración de soluto es mayor, provocando su disolución. De esta forma filtran la sangre nuestros riñones.

CRISTALIZACIÓN: Se usa para separar sólidos cristalizables de sus soluciones líquidas. Se concentra la solución por evaporación de un parte del solvente y luego se deja en reposo para que se formen los cristales que se separan. De esta forma se separa el azúcar de caña de sus jarabes iniciales.

CROMATOGRAFÍA: Se utiliza para separa los componente de una solución compleja, que no se pueden separar por otros métodos. Está basado en el fenómeno de capilaridad de los líquidos que trepan a distintas velocidades por los tubos capilares o poros de materiales absorbentes de modo que al cabo de un tiempo se han separados en franjas más o menos alejadas del punto de absorción. Se utiliza mucho en investigación científica sobre todo cuando la proporción de sustancias disueltas es muy baja, como en los análisis de orina que se realizan en los exámenes antidoping.

DIFUSIÓN: Usado para separar gases o líquidos. Basado en el mismo principio que la ósmosis. Una membrana semipermeable deja pasar las moléculas de un gas y retiene las del otro.

AUTOEVALUACIÓN: (En alguna parte del apunte encontrarás posibles respuestas)

Prueba si puedes responder las preguntas y resolver los problemas siguiendo el proceso que se plantea en este ejemplo:

Tomamos una muestra de agua turbia con arena de una playa de río. Si nombramos a sus componentes en forma genérica podemos decir que contiene agua, arena y arcilla dispersas y minerales disueltos:

1) ¿Qué clase de sistema es?.

2) ¿Cuántas fases tiene?.

3) ¿Cuál es el estado de agregación de esas fases?.

4) ¿Cuál es la fase dispersante?.

5) ¿Qué diferencia visible hay entre la arena y la arcilla?

6) ¿Cuántos componentes tiene el sistema?

7) ¿Por qué método podemos separar la arena?.

8) ¿Qué clase de sistema es la arena limpia?.

9) ¿Qué clase de sistema es el agua que nos queda?.

10) ¿Por qué método podemos separar la arcilla del agua?.

11) ¿Por qué método podemos secar la arcilla sólida que separamos del agua?.

12) ¿Qué clase de sistema es el agua clara que nos quedó?

13) ¿Cuántas fases tiene este sistema?

14) ¿Cuántos componentes?

15) ¿Por qué método podemos separar los minerales del agua?.

16) ¿Qué clase de sistema es el agua que nos queda?

INVESTIGACIÓN:
1) ¿Qué metales componen las siguientes aleaciones comerciales y para que se usa cada una?
    a) acero común.   b) acero inoxidable.   c) latón.    d) alpaca.   e) oro de joyería.
    f) duraluminio.    g) estaño para soldaduras.   h) constantán.    i) peltre.     j) plata de ley.
    k) cuproniquel.
2) ¿Cuáles son los principales componentes de la leche de vaca y qué sistema forma cada uno?
3) ¿Qué son las propiedades coligativas de una solución y cuáles son las principales?
4) ¿Qué significan las unidades nanómetro (nm) y micrómetro (µm)?

SISTEMAS

Un sistema, en general es un conjunto de componentes ordenados o relacionados por alguna razón.

Hay muchas clases de sistemas que pueden clasificarse según distintos criterios: Sistemas naturales, como los sistemas materiales o los ecosistemas. Sistemas formales como los sistemas de numeración. Sistemas culturales como el sistema educativo. Sistemas físicos como los sistemas de fuerzas o los sistemas de unidades de medida. Sistemas biológicos como el sistema circulatorio.

Un sistema en general puede describirse por sus componentes, las relaciones entre los mismos, el estado en que se encuentran, las propiedades que tienen y la energía en su interior.

En las ciencias naturales se considera como sistema a aquella parte del universo que se separa real o idealmente para su estudio. La parte del universo no contemplada en el sistema, que lo rodea y con la cual el sistema puede tener o no un intercambio, se denomina entorno.

Se llama estado, o estado físico a cada una de las situaciones o formas físicamente distinguibles que puede adoptar un sistema físico en su evolución temporal. Es decir, en un sistema físico que está sufriendo cambios, un estado físico es cualquiera de las situaciones posibles como resultado de dichos cambios. Podemos decir que la descripción de un estado responde a la pregunta ¿cómo está?. Existen diferentes estados a considerar en un mismo sistema como veremos.

Las propiedades en cambio son características propias, más permanentes en un sistema, más difíciles de modificar que los estados. Su descripción responde más a la pregunta ¿cómo es?.

Las propiedades se clasifican según la realidad a la que se refieren: Generales, son las que se refieren a la totalidad de un sistema y lo definen; Particulares, son las que se refieren o los individuos de una población y permiten distinguirlos; Específicas las que se refieren a una especie o clase en especial y permiten distinguir esas clases, estas suelen ser las más numerosas. Las estudiaremos más detenidamente aplicadas a la materia.

Un proceso o fenómeno es cualquier cambio que pueda ocurrirle al sistema ya sea en sus componentes, relaciones, estados, propiedades o energía. Existen numerosos fenómenos que también pueden clasificarse de distintas formas. Todo fenómeno es producido por la acción de alguna forma de energía.

Esquemáticamente:

En otro capítulo nos referiremos especialmente a los sistemas materiales, pero aquí veremos en unos cuadros sinópicos o mapas conceptuales las diferentes formas en que pueden clasificarse los:

- Sistemas

- Estados

- Procesos.

ALGUNAS PREGUNTAS PARA PENSAR O INVESTIGAR:

1) ¿A qué se refieren los sistemas o los procesos nombrados como:  a) cultural;  b) formal;  c) dinámico;  d) determinístico; e) probabilístico;  f) evolutivo;  g) degradativo;   h) periódico;   i) cíclico;   j)  oscilante;   k) reversible;   l) trascendental; m) sistémicos;   n) complejos;   ñ) aleatorios;  o) sobrenaturales?

2) ¿Sabes que son:  a) el plasma;  b) la entropía;  c) el equilibrio;  d) los fenómenos nucleares?

3) ¿Imaginas otra forma de clasificar los estados térmicos?.

4) para cada miembro dela siguiente lista decide: a) si es un sistema o un proceso;  b) qué clase de sistema o de proceso es, según por lo menos dos criterios.

I)  árbol;  II) arena;   III) atmósfera;   IV) casino;  V) crecimiento;  VI) destilación;   VII) eclipse;   VIII) escuela;   IX) evaporación;    X) fases de la luna;   XI) laguna;   XII) lluvia;     XIII) luz;      XIV) números enteros;   XV) oxidación;   XVI) planeta Tierra;   XVII) putrefacción;   XVIII) viento;   XIX) vuelo;   XX) acertar la quiniela.

MAPA CONCEPTUAL: MATERIA

Para más información ver apuntes haciendo clikc en los links siguientes

http://fisicayquimica-norberto.blogspot.com.ar/2012/05/estados-de-agregacion-llamamos-estados.html

http://fisicayquimica-norberto.blogspot.com.ar/2012/05/naturaleza-y-materia.html

ESTADOS DE AGREGACIÓN

Llamamos estados de agregación a las diferentes formas en que se agregan o agrupan las partículas materiales (átomo, iones, moléculas) para formar un cuerpo, una sustancia o un sistema.

Cada uno de estos estados se distingue a simple vista por determinadas características macroscópicas como la forma y el volumen que dependen de la estructura interna microscópica, es decir de la posición y distancia entre sus partículas, que a su vez depende de la relación entre las fuerzas de atracción o cohesión de carácter eléctrico que tienden a unir a las partículas y las de repulsión producidas por los continuos choques entre partículas que se mueven o vibran con una determinada velocidad y energía cinética que depende de la temperatura. Po reste motivo, la presión (que modifica las distancias entre partículas) y la temperatura (que modifica la velocidad de las mismas) pueden modificar los estados de agregación de una sustancia.

ESTADO	MACROSCÓPICO		MICROSCÓPICO		CAUSAS (Cohesión- Repulsión)	MODELO
	FORMA	VOLUMEN	POSICIÓN	DISTANCIAS
SÓLIDO	DEFINIDA	CONSTANTE	FIJA	JUNTAS	Coh. >> Rep.
LÍQUIDO	VARIABLE	CONSTANTE	MÓVILES	JUNTAS	Coh. = Rep.
GASEOSO	VARIABLE	VARIABLE	MÓVILES	SEPARADAS	Coh. << Rep.

La modificación del estado de agregación es un fenómeno físico que puede producirse tanto por variación de la temperatura como por la variación de la presión. Al aumentar la temperatura, las partículas adquieren mayor energía cinética, se mueven más rápido y aumentan las fuerzas de repulsión, es decir la violencia delos choques por lo que comienzan a alejarse más, el cuerpo se dilata primero, pero cuando la repulsión vence a la atracción cambia de estado. El proceso opuesto se produce de forma análoga, se enfriamos un cuerpo, sus partículas disminuyen su energía cinética, se mueven más lento con lo que los choques son más suaves, las partículas se acercan, el cuerpo disminuye su volumen (dilatación inversa)  aumentan las fuerzas de atracción y por último cambia de estado.

Los cambios de estado son fenómenos muy estudiados tanto en Física como en Química. Generalmente se producen a una temperatura determinada que se considera una constante física, es decir una propiedad específica característica de cada sustancia: el “punto de fusión” y el “punto de ebullición”. Todos tienen un nombre propio que se suele resumir en el siguiente esquema: