SISTEMAS

1. Sistemas

SISTEMAS.

Un sistema es una porción de materia que se delimita en forma real o imaginaria para su estudio.

2. Clasificación de sistemas

Clasificación de sistemas.

Primer criterio de clasificación. Según la interacción entre el sistema y el ambiente un sistema se puede clasificar en:

• Sistema abierto: Es el sistema que intercambia materia y energía con el ambiente.

• Sistema cerrado: Es el sistema que intercambia energía, pero no materia con el ambiente.

• Sistema aislado: Es el sistema que no intercambia energía ni materia con el ambiente.

Segundo criterio de clasificación: Según el aspecto del sistema, es decir si se observa en él una o varias zonas. A cada una de las zonas se le llama fase.

3. Fase

FASE es cualquier porción de un sistema en la que cada propiedad intensiva tiene un único valor.

Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de materia, entre ellas la temperatura, la densidad y el punto de ebullición.

De acuerdo a este criterio un sistema se puede clasificar en:

• Sistema homogéneo: El sistema que tiene una fase (monofásico).

• Sistema heterogéneo: Es el sistema que tiene dos más fases.

4. Ejemplos

Analizamos algunos ejemplos.

Sistema: Pecera. En él podemos apreciar varias zonas: una líquida (el agua), varias sólidas (plantas, piedras, peces) y una zona gaseosa (burbujas de aire). Es decir, este sistema tiene varias fases y por lo tanto se clasifica como heterogéneo.

Sistema: Muestra de agua potable. En él podemos apreciar una fase líquida, por lo tanto se clasifica como sistema homogéneo.

Al medir una propiedad intensiva, por ejemplo, la densidad, su valor es el mismo en todas las partes del líquido.

Sistema: Agua con hielo. Este sistema se clasifica como heterogéneo porque tiene dos fases: agua líquida y agua sólida.

5. Sistemas homogéneos y heterogéneos

Al medir la densidad en cada una de sus fases resultan valores diferentes, sin embargo, solo hay agua.

Interpretación de sistemas usando el modelo discontinuo.

Sistemas homogéneos.

Al observar una muestra de agua visualizamos una sola fase.

Teniendo en cuenta el modelo de partículas propuesto, consideraremos que las partículas de agua son iguales entre sí y se encuentran suficientemente juntas, de manera tal que se observa un sistema homogéneo.

En una muestra ce aceite también visualizamos una sola fase, por lo tanto consideramos que la representación es similar a la realizada para el agua, teniendo en cuenta que las partículas son diferentes en cada uno de los líquidos.

Sistema heterogéneo.

Para representar un sistema formado por agua y aceite, en el que se visualizan dos fases, debemos considerar que:

• Las partículas de aceite son diferentes a las partículas de agua.

• Las partículas de agua y aceite no se mezclan.

6. En búsqueda de soluciones

7. Sistemas heterogéneos

Sistemas HETEROGÉNEOS.

Frecuentemente, en actividades industriales, domésticas, de investigación, agrarias y otras, es necesario separar las fases de sistemas heterogéneos.

Por ejemplo, al realizar la toma de agua del río, previamente a su potabilización, se deben separar las ramas, bolsas de nylon, las hojas, arena, etc. Proceso similar a este se realiza con las aguas residuales antes de ser vertidas en el colector.

En la cocina también realizamos separaciones de fases:

• Del huevo crudo separamos la clara de la yema.

• En la preparación del café, se separa la parte sólida de la líquida.

En las actividades agrarias, durante la cosecha, se separa el grano del resto del cereal.

En la producción de cemento se realiza un control de calidad mediante un análisis granulométrico que separa y mide el porcentaje de gránulos finos y gruesos utilizando diferentes tamices, (coladores).

Existen diferentes métodos para separar las fases de un sistema heterogéneo.

Estos métodos tienen su fundamento en las propiedades físicas de las fases del sistema, como por ejemplo, la densidad, el diferente tamaño de los gránulos en sistemas sólidos, las propiedades magnéticas y la volatilidad, entre otras.

8. Tamización

Tamización.

Para sistemas formados por dos fases sólidas granuladas, donde los gránulos de una fase tienen diferente tamaño que los gránulos de la otra fase.

MATERIALES: Los materiales que se utilizan en este caso son: un tamiz es decir un colador y una bandeja o recipiente para poner debajo.

FUNDAMENTO: Los orificios del tamiz son suficientemente grandes para dejar pasar a través de ellos los gránulos de la fase sólida pulverizada, pero son suficientemente pequeños para obtener los gránulos de mayor tamaño de la otra fase.

EJEMPLO:

Por ejemplo, en un sistema formado por arena y pedregullo.

¿En qué casos se usa la tamización?

La tamización se usa para cernir los ingredientes secos al preparar una torta, para separar posibles aglomeraciones.

En las trilladoras para separar el grano del resto del cereal se usa un tamiz.

Los buscadores de oro o diamantes en las corrientes de agua, usan una criba que deja escapar la arena a través de los orificios, pero que permite retener el trocito de metal o la piedra preciosa.

En la construcción se emplean mallas metálicas grandes con un marco de madera llamadas sarandas.

9. Decantación

Decantación.

Este método de separación se usa en el caso de los sistemas formados por dos fases líquidas.

MATERIALES: Los materiales necesarios para la decantación son: embudo de decantación, soporte y vaso de bohemia.

FUNDAMENTO: El embudo de decantación está diseñado para que el sistema, colocado en él, permanezca en reposo permitiendo así la separación de las fases líquidas. La fase de mayor densidad, queda en el fondo y al abrir las llaves de paso saldrá primero. La llave deberá cerrarse cuando se llegar al límite interfásico.

EJEMPLO.

Sistema formado por aceite y agua.

¿En qué casos se usa la decantación?

En los tambos, luego del ordeñe, se deja reposar la leche para que se separe en dos fases. La parte superior, rica en grasas, se extrae para elaborar manteca o crema de leche (crema doble).

10. Sedimentación

Sedimentación.

Este método se usa para sistemas formados por una fase sólida pulverizada que se encuentra en suspensión en una fase líquida.

FUNDAMENTO:

La fase sólida, finamente dividida al ser más densa que la fase líquida, se irá depositando en el fondo del recipiente debido a la fuerza de atracción gravitatoria.

Este método es lento y poco preciso: para lograr la separación de las fases, hay que inclinar el recipiente y trasvasar la fase líquida superior, intentando que la fase sólida no caiga.

¿En qué casos se usa la sedimentación?

En las bebidas obtenidas por fermentación, como el vino, se dejan reposar, sin mezclar, en toneles para luego extraer la fase líquida, despreciando el fondo donde están sedimentadas las impurezas sólidas.

En una de las etapas de la potabilización del agua, se la deja reposar en tanques para que sedimenten las impurezas sólidas. De igual manera se procede con las aguas residuales provenientes de una actividad industrial, llamadas efluentes.

Antes de ser vertidas a las corrientes naturales de agua deben ser tratadas para evitar la contaminación, realizando una sedimentación en una de las etapas del proceso.

11. Filtración

FILTRACIÓN

Este método se aplica en sistemas similares a los descritos en el método anterior, es decir, con una fase sólida pulverizada en suspensión en una fase líquida.

MATERIALES: Los materiales necesarios para la filtración son: papel de filtro (u otro material poroso) embudo, soporte, varilla y vaso de bohemia.

F UNDAMENTO: El material poroso permite que la fase líquida pase a través de los poros pero retiene a la fase sólida aunque esté finamente pulverizada.

EJEMPLO.

Sistema formado por azufre en suspensión en agua.

¿En qué casos se usa la filtración?

Cuando se prepara café a partir de los granos de café molidos y agua, se utiliza un material poroso (papel de filtro, plástico o tela) para separar la fase sólida que se descarta, de la fase líquida que es la infusión para consumir.

En la potabilización del agua, se usan inicialmente rejas como filtros para separar los grandes cuerpos como ramas, hojas, animales y basura.

Al preparar pasta usamos un colador para separar los fideos del agua de cocción. El colador oficia de material filtrante.

En el proceso de fabricación de quesos se usa un paño blanco para separar la cuajada del suero. La cuajada retenida en el paño se prensa para compactarla y quitarle totalmente el líquido.

12. Centrifugación

Centrifugación.

Este método se aplica para sistemas formados por una fase líquida y una fase sólida en suspensión.

MATERIALES: Los materiales necesarios para la centrifugación son: centrífuga y tubos de centrífuga.

FUNDAMENTO: Este método utiliza una centrífuga que acelera el proceso de sedimentación. Mediante un movimiento de rotación, la fase sólida de mayor densidad se deposita en el fondo del tubo de centrífuga, quedando compactada y eficazmente separada de la fase líquida. Luego, se inclina el tubo y se trasvasa el líquido a otro recipiente.

EJEMPLO.

Sistema formado por azufre en suspensión en agua.

¿En qué casos se usa la centrifugación?

Los ejemplos son muchos, en general referido al trabajo de los laboratorios.

Quizás uno de los más conocidos es la centrífuga de una muestra de sangre en análisis clínicos para separar el plasma de los glóbulos blancos, rojos, plaquetas, etc.

Un ejemplo cotidiano es la centrifugadora en las máquinas de lavar. El tambor con la ropa mojada gira velozmente dejando pasar el agua excedente a través de los orificios del mismo, y así las prendas salen prácticamente escurridas.

13. Imantación

Imantación.

Este método se aplica para sistemas formados por dos fases sólidas, cuando una de ellas tiene propiedades magnéticas.

MATERIALES: Los materiales necesarios para la imantación son: imán y un recipiente.

F UNDAMENTO: Se logra separar fácilmente ambas fases utilizando un imán, porque una de las fases tiene la propiedad de ser atraída por él y la otra no.

EJEMPLO.

Sistema formado por dos sólidos pulverizados, en este caso arena y limaduras de hierro.

¿En qué casos se usa la imantación?

Un ejemplo muy sencillo: cuando las modistas usan un imán para recuperar fácilmente los alfileres que han caído al piso junto con restos de telas e hilos.

Otro ejemplo no tan común en nuestro medio es el electroimán que se usa para separar los residuos metálicos del resto de la basura.

14. Sublimación

OTROS métodos de separación de fases.

Con el sistema formado por yodo sólido y arena es posible analizar otros métodos para separar sus fases.

Sublimación.

Este método se fundamenta en la propiedad del yodo de sublimar (pasar del estado sólido al estado gaseoso).

Por ejemplo, que el sistema este formado por yodo y arena, en este caso son dos sólidos con diferentes características, uno de ellos puede sublimar y el otro no. Los vapores de yodo al encontrar una superficie a menor temperatura, condensa en pequeños cristales. La arena queda en el fondo del recipiente.

15. Disolución

Disolución.

Este método se fundamenta en la propiedad del alcohol de disolver el yodo y no la arena.

Mediante filtración se separa la arena de la fase líquida (yodo disuelto en alcohol). Por último, se evapora el alcohol y se recupera el yodo.

16. Separación de fases de un sistema trifásico

Separación de fases de un sistema trifásico.

Sistema formado por: arena, corcho, agua y sal.

Tres fases: dos sólidas y una líquida.

¿Qué métodos usaremos para separar la otra fase sólida (arena) de la fase líquida (agua salada)?

Una secuencia posible es:

1°) Extracción directa para separar una de las fases sólidas (el corcho), utilizando una pinza.

2°) Filtración para separar la otra fase sólida (arena) de la fase líquida (agua salada).

Al filtrar obtenemos la fase líquida formada por agua y sal, que es un sistema homogéneo.

¿Es posible extraer la sal del agua?

Se verán mas adelante diferentes métodos para obtener los componentes de un sistema homogéneo.

El sistema homogéneo formado por dos o más componentes se llama solución.

17. Créditos

Prof. Claudia Correa

ILSU Graciela Pimienta

Audio: Graciela Pimienta