Respecto de las “Formas alotrópicas” véase más adelante Pag. 12

Clasificación de los sistemas materiales

PROPIEDADES DE LA MATERIA
Cuando hablamos de propiedades de las sustancias podemos distinguir dos tipos: las que depender de la cantidad de materia que se tome para su estudio y las que no.
Las propiedades del primer tipo, como el peso o el volumen se denomina extensivas. No es lo mismo el peso que tiene la cantidad de agua que entra en un balde, que la que entra en una pileta de natación. Tampoco su volumen es el mismo. Estas propiedades se caracterizan por depender directamente de la cantidad de materia.
Por otro lado tenemos las propiedades independientes de la cantidad de materia, por ejemplo, el color de un litro de agua va a ser el mismo que el color de 10 cm3 de la misma. A este tipo de propiedades se las denomina Intensivas.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES

Los sistemas materiales pueden clasificarse sobre la base de tres criterios:

1) Teniendo en cuenta las propiedades intensivas los sistemas materiales se clasifican en:

a) Sistemas homogéneos: Son aquellos en los cuales las propiedades intensivas son siempre las mismas, independientemente del sector del sistema que se analice. Por ejemplo. Si tenemos un vaso de agua, el color de una porción cercana a la superficie va a ser el mismo que el color que tiene el agua cercana al fondo del vaso.

b) Sistemas heterogéneos: Si en vez de sólo agua, el sistema estuviese formado por agua y arena, esta última se depositaría sobre el fondo del vaso, y ahora sí podríamos ver que el color del sistema ya no es el mismo en todas partes, pues depende de qué porción del sistema tomamos para el análisis. Estos sistemas se caracterizan porque, hay por lo menos un sector que posee propiedades intensivas diferentes respecto del resto del sistema.

c) Sistemas inhomogéneos: Se caracterizan porque las propiedades intensivas van variando paulatinamente a medida que se transita por el mismo. Por ejemplo, si medimos la presión hidrostática ejercida por una delgada columna de agua, encontraremos que esta va aumentando lentamente a medida que nos vamos desplazando hacia el fondo de dicha columna.

2) Teniendo en cuenta la posibilidad de intercambio de energía y de materia entre el sistema y su medio ambiente, los sistemas materiales se clasifican en:

a) Abiertos: Son aquellos sistemas que pueden intercambiar tanto materia como energía con su medio ambiente. La mayoría de los sistemas son de este tipo.
b) Cerrados: Son aquellos que no pueden intercambiar materia pero sí energía con el medio ambiente. Por ejemplo una botella de gaseosa que se encuentra cerrada. Nada material puede salir o entrar al sistema, pero sí la energía, como por ejemplo el calor (por eso la botella puede ser enfriada al colocarla en la heladera).
c) Aislados: Son los que no pueden intercambiar ni materia ni energía con su medio ambiente. Ejemplo de ellos son las botellas de Dewar, más comúnmente conocidas como "termos".

3) Teniendo en cuenta la posibilidad de volver o no al estado inicial a partir del estado final del sistema, estos se clasifican en:

a) Reversibles: En los sistemas cerrados, es posible partir de un estado inicial y llegar a un estado final, pero también partir del estado final y volver al estado inicial. A esto se lo denomina reversibilidad del sistema. Por ejemplo, si en un recipiente cerrado colocamos un trozo de hielo de 20 g y calentamos el recipiente, el hielo fundirá y obtendremos 20 g de agua. Si luego enfriamos, podremos volver a obtener los 20 g de hielo del cual partimos. Los sistemas reversibles se simbolizan con una doble flecha ().
En las reacciones químicas reversibles, a medida que transcurre el tiempo, el sistema evoluciona hasta alcanzar un estado de equilibrio, dado por el momento en el cual la velocidad con que sucede el proceso hacia la derecha (A→B) se iguala a la velocidad con que sucede el cambio hacia la izquierda (A←B), de manera tal que, la composición de este sistema, de aquí en adelante se mantiene constante.
Ciertos sistemas reversibles cobran muchísima importancia en el normal funcionamiento del medio ambiente. Por ejemplo el equilibrio entre dos formas alotrópicas[1] del oxígeno, conocidas como oxígeno molecular (O2) y Ozono (O3) que se da en la alta atmósfera (en la estratosfera, situada entre los 10 y 50 Km de altura). En condiciones normales, este equilibrio puede ser representado por medio de la siguiente reacción:


O + O2 O3


Dicha reacción expresa que un átomo de oxígeno (O) reacciona químicamente con una molécula de oxígeno (O2) para dar una molécula de ozono (O3), pero, simultáneamente, una molécula de ozono se descompone en una átomo de oxígeno y una molécula de oxígeno. Ambos procesos suceden a la misma velocidad, de manera tal que en todo momento las cantidades de cada una de las sustancias implicadas por unidad de volumen (concentración) permanecen constantes.
El problema está en que este equilibrio natural se ve alterado por la introducción de ciertas sustancias, denominadas CFC, que contiene cloro (Cl) en su composición. Cuando estas moléculas llegan a la estratosfera, fácilmente liberan el cloro que contienen en su composición, reaccionando con el O3 y provocando de esta manera su descomposición en O2 según la siguiente ecuación:



En consecuencia, la cantidad de ozono presente en la estratosfera disminuye, y esto es peligroso, pues el ozono actúa como un filtro que impide el paso de las radiaciones ultravioletas que acompañan a los rayos solares. Dichas radiaciones son sumamente dañinas para las células, pues pueden alterar su normal funcionamiento, a tal punto que, ante exposiciones prolongadas, pueden actuar como un agente cancerígeno. Ergo es realmente importante que la concentración de ozono en la estratosfera no disminuya demasiado
b) Irreversibles: En estos sistemas sólo es posible partir de un estado inicial y llegar a un estado final. Este fenómeno se da en los sistemas abiertos. Ejemplo: Si realizamos el mismo procedimiento que en el caso anterior, pero con el recipiente abierto, entonces es imposible volver a obtener los mismos 20 g de los cuales se partió porque inevitablemente parte del agua se habrá evaporado pasando a formar parte del medio ambiente que lo rodea. Los sistemas irreversibles se simbolizan con una flecha en sentido derecho (A→B).
[1] Respecto de las “Formas alotrópicas” véase más adelante Pag. 12

Los sistemas materiales

Si tubiéramos que dar una definición de química, quizás lo mas adecuado sería decir que es la parte de la ciencia que trata sobre la estructura y composición de la materia y de aquellos cambios que se pueden operar sobre la misma en dichos niveles de análisis. Es decir, la química sería la ciencia de los materiales. Pero.... ¿qué es eso que llamamos materia?
Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio e impresiona nuestros sentidos. Bajo esta definición casi todo lo que nos rodea, entonces, puede ser considerado como materia: desde el aire que respiramos, hasta el agua que bebemos o el pupitre sobre el cual estudiamos, están abarcados por la definición anterior, porque son cosas que ocupan un lugar en el espacio (es decir, tienen peso y volumen) e impresionan nuestros sentidos.
Sin embargo, no todo lo que impresiona nuestros sentidos es materia. Por ejemplo, podemos percibir la luz o el sonido, pero no ocupan un lugar en el espacio (no pueden ser pesadas, por ejemplo, y por ende, no tienen volumen). Estas “cosas” sólo cumplen con la primera parte de nuestra definición anterior, y por lo tanto no son consideradas como materia, sino como manifestaciones de la materia.
A las distintas clases en que se presenta la materia se las denomina cuerpo o sustancia. Así, la mesa sobre la que está apoyado este texto, es un cuerpo, cada una de las hojas que hacen de soporte al texto es otro cuerpo, la silla sobre la que está Ud. sentado es otro cuerpo, etc. Sin embargo, los químicos, por la naturaleza de su trabajo prefieren la utilización del término sustancia, mientras que “cuerpo” lo utilizan más los físicos.
Ahora bien..., las distintas sustancias tienen, por supuestos, propiedades o cualidades diferentes, que puede ser útil caracterizar. Por ejemplo, puede ser importante saber que el agua se congela a 0 ºC (punto de fusión) y que hierve a 100 ºC (punto de ebullición).
Pero, para poder estudiar una sustancia o un grupo de sustancias en particular, debemos aislarla del resto, y a esto se lo denomina un sistema material.
Decimos que un sistema material es un cuerpo (o sustancia) o conjunto de cuerpos (o sustancias) que se aíslan del resto para su estudio.

SISTEMA, MEDIO AMBIENTE Y UNIVERSO
Una vez que hemos aislado los componentes que integran el sistema (es decir aquellos cuerpos o sustancias que van a ser estudiadas), todo lo demás que no se considera como parte del mismo, pero que pueden afectarlo, es su medio ambiente o simplemente ambiente.
La suma de los componentes que forman el sistema y su medio ambiente constituyen el universo.
La distinción entre sistema, medio ambiente y universo es importante para entender determinadas propiedades, como la entropía que veremos más adelante.