Clasificación de la materia y métodos de separación
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Introducción
Todo lo que nos rodea es materia, pero no toda la materia es igual: el oro de un anillo, el agua del grifo, el aire o la arena de la playa son muy distintos. En esta lección aprenderemos a clasificar la materia en sustancias puras y mezclas, y a elegir el método adecuado para separar los componentes de una mezcla.
Explicación
Sustancias puras. Tienen una composición fija y propiedades características constantes (por ejemplo, un punto de fusión y un punto de ebullición fijos). Pueden ser:
Elementos: formados por un solo tipo de átomo. No pueden descomponerse en otras sustancias más simples. Ejemplos: hierro (Fe), oxígeno (O₂), oro (Au).
Compuestos: formados por dos o más elementos combinados en una proporción fija. Solo se separan en sus elementos mediante reacciones químicas. Ejemplos: agua (H₂O), dióxido de carbono (CO₂), cloruro de sodio (NaCl).
Mezclas. Están formadas por dos o más sustancias que no se combinan químicamente, por lo que su composición puede variar. Pueden ser:
Heterogéneas: se distinguen sus componentes a simple vista o con lupa. Ejemplos: agua con arena, granito, agua con aceite.
Homogéneas o disoluciones: no se distinguen sus componentes ni con microscopio. Ejemplos: agua con sal disuelta, aire, bronce.
Los componentes de una mezcla se separan por métodos físicos, que aprovechan una propiedad distinta de cada componente:
Filtración: separa un sólido no disuelto de un líquido (arena y agua). El sólido queda en el papel de filtro.
Decantación: separa líquidos que no se mezclan y tienen distinta densidad (agua y aceite), con un embudo de decantación. También sirve para separar un sólido que se deposita en el fondo.
Separación magnética: separa un componente magnético, como limaduras de hierro, con un imán.
Centrifugación: acelera la separación de un sólido en suspensión haciendo girar la mezcla muy deprisa (así se separan los componentes de la sangre).
Tamizado: separa sólidos de distinto tamaño con un tamiz.
Evaporación y cristalización: recuperan un sólido disuelto (sal) dejando que el disolvente se evapore.
Destilación: separa líquidos con distinto punto de ebullición, o recupera el disolvente de una disolución. El componente más volátil se evapora primero y se condensa en un refrigerante.
Cromatografía: separa sustancias disueltas según lo rápido que avanzan por un papel o un soporte (por ejemplo, los pigmentos de una tinta).
Ejemplo
Ejemplo. Tenemos una mezcla de arena, sal y limaduras de hierro. ¿Cómo separamos los tres componentes?
Paso 1: pasamos un imán por la mezcla. Las limaduras de hierro quedan pegadas a él (separación magnética).
Paso 2: añadimos agua a lo que queda y removemos. La sal se disuelve; la arena no.
Paso 3: filtramos. La arena queda en el papel de filtro y pasa el agua con la sal disuelta.
Paso 4: calentamos suavemente el líquido filtrado o lo dejamos al aire. El agua se evapora y la sal cristaliza.
El orden importa: si filtráramos primero, las limaduras quedarían en el filtro mezcladas con la arena.
Ejercicios
¿Cuál de estas sustancias es un compuesto?
Queremos obtener agua pura a partir de agua con sal y recoger el agua, no la sal. ¿Qué método usaremos?
Material adicional
Cinemática: el estudio del movimiento
La cinemática es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen. Se centra en describir cómo se mueven los cuerpos: su posición, velocidad, aceleración y trayectoria.
Magnitudes cinemáticas
Magnitud
Definición
Unidad SI
Tipo
Posición (x)
Lugar que ocupa el cuerpo en el espacio
m
Escalar/vectorial
Desplazamiento (Δx)
Variación de posición (con dirección y sentido)
m
Vectorial
Velocidad (v)
Rapidez del cambio de posición
m/s
Vectorial
Aceleración (a)
Rapidez del cambio de velocidad
m/s²
Vectorial
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
Un cuerpo tiene MRU cuando se mueve en línea recta con velocidad constante (aceleración = 0).
Un cuerpo tiene MRUA cuando se mueve en línea recta con aceleración constante (la velocidad cambia de forma uniforme).
🔬 Fórmula clave
Ecuaciones del MRUA:
v = v₀ + a · t
x = x₀ + v₀ · t + ½ · a · t²
v² = v₀² + 2 · a · Δx
Gráfica v-t: recta con pendiente = aceleración Gráfica x-t: parábola
📘 Ejemplo resuelto
Un coche parte del reposo (v₀ = 0) con una aceleración de 3 m/s². Calcula: a) Su velocidad a los 5 s. b) La distancia recorrida en esos 5 s.
a) v = v₀ + a · t = 0 + 3 × 5 = 15 m/s
b) x = x₀ + v₀ · t + ½ · a · t² = 0 + 0 + ½ × 3 × 5² = ½ × 3 × 25 = 37,5 m
Caída libre
La caída libre es un caso particular del MRUA en el que la aceleración es la gravedad (g ≈ 9,8 m/s²). Se desprecian los efectos del rozamiento con el aire.
🔬 Fórmula clave
Ecuaciones de caída libre:
v = v₀ + g · t (si cae: g = +9,8 m/s²)
y = y₀ + v₀ · t + ½ · g · t²
v² = v₀² + 2 · g · Δy
📘 Ejemplo resuelto
Se deja caer una piedra desde lo alto de un puente de 80 m. ¿Cuánto tarda en llegar al suelo?
Datos: v₀ = 0, y₀ = 80 m, g = 9,8 m/s² (hacia abajo) Fórmula: y = y₀ − ½ · g · t² (tomando hacia arriba como positivo; al llegar al suelo y = 0, luego 0 = 80 − ½ × 9,8 × t², es decir, 80 = ½ × 9,8 × t²) t² = 80 / 4,9 = 16,33 t = √16,33 ≈ 4,04 s
🤔 ¿Sabías que…?
En el vacío, todos los objetos caen con la misma aceleración, independientemente de su masa. Galileo lo estudió con experimentos de planos inclinados (lo de la Torre de Pisa es, probablemente, una leyenda), y los astronautas del Apollo 15 lo comprobaron en la Luna dejando caer un martillo y una pluma a la vez: ¡llegaron al suelo al mismo tiempo!
✏️ Ejercicios
1. ¿Qué diferencia hay entre MRU y MRUA?
2. Un ciclista se mueve a 8 m/s durante 30 s. ¿Qué distancia recorre?
3. Un coche acelera de 0 a 100 km/h en 8 s. Calcula su aceleración en m/s².
4. Un tren frena con una deceleración de 2 m/s². Si iba a 30 m/s, ¿cuánto tiempo tarda en detenerse?
5. Se lanza una pelota hacia arriba con v₀ = 20 m/s. ¿Cuál es la altura máxima que alcanza? (g = 9,8 m/s²)
6. Se deja caer un objeto desde 45 m. Calcula: a) el tiempo de caída; b) la velocidad al llegar al suelo.
7. Dibuja las gráficas v-t y x-t de un cuerpo con MRU a v = 5 m/s.
8. Dibuja las gráficas v-t y x-t de un cuerpo que parte del reposo con a = 2 m/s².
9. Un coche que circula a 72 km/h frena con aceleración de −4 m/s². ¿Qué distancia recorre hasta detenerse?
10. Dos coches salen del mismo punto al mismo tiempo. El coche A tiene MRU con v = 20 m/s. El coche B parte del reposo con a = 2 m/s². ¿Cuándo el coche B alcanza al coche A?
📋 Resumen de la lección
La cinemática describe el movimiento sin analizar sus causas.
MRU: velocidad constante; ecuación x = x₀ + v · t.
MRUA: aceleración constante; ecuaciones v = v₀ + a · t y x = x₀ + v₀ · t + ½ · a · t².
La caída libre es un MRUA con a = g ≈ 9,8 m/s².
En la gráfica v-t: MRU → recta horizontal; MRUA → recta inclinada.
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