antologia y experimento
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Unidad 3. Lectura 3.4.
Transformaciones del estado físico de la materia
Unidad 3. Lectura 3.5.
Tipos de mezclas y métodos físicos de separación Mezclas homogéneas y mezclas
heterogéneas
Homogéneo indica que la materia es uniforme en todas sus partes.
Heterogéneo indica que la materia no es homogénea; por lo tanto, no todas sus partes
son iguales.
El agua potable es una mezcla homogénea. Dentro de un vaso, por ejemplo, es igual
arriba que abajo.
Un gis parece homogéneo. Sin embargo, si se le observa al microscopio se verá la
existencia de diferentes materiales; por lo tanto, es heterogéneo.
Una mezcla homogénea es aquella en la que, al reunir dos o más materiales, éstos
conservan sus propiedades individuales y presentan una apariencia uniforme.
El océano y el aire son ejemplos de enormes mezclas homogéneas.
Una mezcla heterogénea es aquella en la que, al reunir dos o más materiales, éstos
conservan sus propiedades individuales y su apariencia diferente.
El granito y la madera son dos ejemplos de mezclas heterogéneas.
Disoluciones sólidas, líquidas y gaseosas
Las disoluciones son mezclas homogéneas en las que las partículas disueltas tienen un
tamaño muy pequeño. La sustancia que aparece en mayor cantidad se denomina
disolvente. La o las sustancias que se encuentran en menor proporción se llaman
solutos.
Las disoluciones pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. Los gases mezclados entre sí
siempre forman disoluciones.
Coloides y suspensiones
Cuando las partículas de soluto en una mezcla homogénea tienen tamaños relativamente
grandes se tiene un coloide.
En lugar de hablar de disolvente y soluto, se emplean los términos “fase dispersora” y
“fase dispersa”.
Cuando el tamaño de las partículas en la mezcla es mayor que el de los coloides, se
tienen suspensiones.
En las suspensiones, las partículas se depositan en el fondo; es decir, se sedimentan.
Las suspensiones heterogéneas se convierten en homogéneas cuando se les agita.
Una mezcla que normalmente podríamos llamar una suspensión, se llama emulsión
cuando el disolvente rodea una pequeñísima cantidad de soluto, formando gotitas que
permanecen suspendidas en el disolvente, sin presentar el comportamiento normal de las
suspensiones, es decir, no hay asentamiento en el fondo.
Métodos de separación de mezclas
Decantación Se separa un sólido o un líquido más denso de un líquido menos denso y que por lo
tanto ocupa la parte superior de la mezcla.
Fig. 1 Decantación.
Filtración
Se separa un sólido de un líquido pasando el último a través de un material poroso que
detenga al primero.
Una de las características principales de un sólido es su solubilidad en un líquido
determinado. La sal es soluble en agua, pero un gis no lo es. En estas situaciones se
puede separar una mezcla empleando la técnica de filtración, que en el laboratorio
requiere un embudo y un papel filtro. Este último permite el paso del líquido con las
sustancias que se encuentran disueltas en él y detiene al sólido no disuelto.
Fig. 2 Filtración.
Principios en los que se basan algunas técnicas de separación
Técnica Principio
Filtración Baja solubilidad del sólido en el líquido.
Destilación Diferencia de puntos de ebullición de dos líquidos.
Cristalización Diferencia de solubilidad en disolventes fríos y calientes o
en diferentes disolventes.
Sublimación Diferencia de puntos de sublimación de dos sólidos.
Cromatografía Diferencia de movilidad de sustancias que se mueven
sobre un soporte.
Magnetización Si uno de los componentes de la mezcla se puede imantar, el paso de un imán permite
separarlo.
Cromatografía Ésta es quizás una de las técnicas de separación más poderosas con las que cuentan los
químicos de la actualidad. Fue descubierta en 1906, por el ruso Tsweet. Su importancia
se manifiesta con el otorgamiento de dos premios Nobel a investigaciones específicas en
esta técnica y el que se haya concedido al menos una docena de premios Nobel más a
quienes, empleándola, han obtenido resultados notables, por ejemplo, el descubrimiento
de los carotenoides y las vitaminas A y B y, recientemente, la elucidación de las
complejas estructuras de los anticuerpos.
Cristalización
La cristalización también se basa en la solubilidad, específicamente en el cambio de ésta
con la temperatura. Las cantidades de sales que se disuelven en agua aumentan con la
temperatura. Cuando una disolución caliente y saturada se enfría, las sales se cristalizan;
pero unas lo hacen más rápido que otras, por lo que pueden separarse por filtración.
Fig. 3 Cristalización.
Sublimación Se dice que una sustancia se sublima cuando pasa del estado sólido al gaseoso sin
fundirse. En una mezcla, la presencia de una sustancia que sublima permite su
separación por esta técnica, empleando el equipo de la Fig. 4. Ejemplos de sustancias
que subliman son los desodorantes, la naftalina y el yodo.
Fig. 4 Sublimación y deposición.
Describa qué es y anote un ejemplo de:
Una disolución
Una mezcla homogéneas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor
cantidad suele recibir el nombre de disolvente, y a la de menor cantidad se le llama
soluto y es la sustancia disuelta
Alcohol y sal, agua y azúcar
Un coloide
Coloide, suspensión de partículas diminutas de una sustancia, llamada fase
dispersada, en otra fase, llamada fase continua, o medio de dispersión.
Aerosol
Una suspensión
Una mezcla heterogénea formada por un sólido en polvo y/o pequeñas partículas
no solubles, agua y grava
¿Cuáles son las principales técnicas de separación de mezclas?
Decantación,
Filtración
Destilación
Cristalización
Sublimación
Cromatografía
Magnetización
Unidad 3. Lectura 3.6.
Solubilidad y concentración Solubilidad
La cantidad de una sustancia que puede disolverse en cierta cantidad de líquido siempre
es limitada. ¿Qué ocurre cuando se añaden diez cucharadas de azúcar en un vaso con
agua? En algún momento, el azúcar dejará de disolverse y parte de los cristales
permanecerá en el fondo, sin importar por cuánto tiempo o con qué fuerza se agite la
disolución.
La capacidad de una sustancia para disolverse en otra se llama solubilidad. La
solubilidad de un soluto es la cantidad de éste, en gramos, que puede disolverse en 100
gramos de agua hasta formar una disolución saturada. Se considera que una disolución
está saturada cuando no admite más soluto, por lo cual el sobrante se deposita en el
fondo del recipiente.
Cuando se calienta una disolución saturada, ésta disuelve más soluto que a temperatura
ambiente; por lo mismo, se obtiene una disolución sobresaturada. Esto ocurre porque el
aumento de temperatura hace que el espacio entre las partículas del líquido sea mayor y
disuelva una cantidad más grande de sólido. Ejemplos de disoluciones sobresaturadas
son la miel de abeja y los almíbares.
La solubilidad de las sustancias varía; de hecho, algunas son muy poco solubles o
insolubles. La sal de cocina, el azúcar y el vinagre son muy solubles en agua, mientras
que el bicarbonato se disuelve con dificultad, como se muestra en la siguiente tabla:
Sustancia g /100 g de H20
Bicarbonato de sodio 9.6
Cloruro de sodio 36.0
Sulfato de calcio 0.2
Azúcar de mesa (sacarosa) 204.0
Efecto de la temperatura y la presión en la solubilidad de sólidos y gases
¿Por qué un refresco pierde más rápido el gas cuando está caliente que cuando está frío?
¿Por qué el chocolate en polvo se disuelve más fácilmente en leche caliente? Hechos
como los anteriores se manifiestan en el entorno cotidiano. Son varios los factores que
intervienen en el proceso de disolución, entre éstos se encuentran la temperatura y la
presión.
Por lo general, la solubilidad varía con la temperatura. En la mayoría de las sustancias,
un incremento de la temperatura causa un aumento de la solubilidad. Es por ello que el
azúcar se disuelve mejor en el café caliente y la leche debe estar en ebullición para
preparar chocolate. De acuerdo con lo anterior, cuando se prepara agua de limón es
mejor disolver primero el azúcar y luego agregar los hielos; de lo contrario, el azúcar no
se disolverá totalmente y la bebida no tendrá la dulzura deseada.
Los cambios de presión no modifican la solubilidad de un sólido en un líquido. Si un
sólido es insoluble en agua, no se disolverá aunque se aumente bruscamente la presión
ejercida sobre él.
En relación con la temperatura, los gases disueltos en líquidos se comportan de forma
inversa a como lo hacen los sólidos. La solubilidad de un gas en agua decrece a medida
que aumenta la temperatura; esto significa que la solubilidad y la temperatura son
inversamente proporcionales; por ejemplo, a 20 °C se disolverá en agua el doble de
oxígeno que a 40 °C.
ConcentraciónPorcentaje en masa
Esta primera forma de expresar la concentración es el cociente de la masa del soluto
entre la masa total de la disolución, multiplicado por cien:
Ejemplo 1: Si se disuelven 50 g de sal común en un cuarto de litro (250 g) de agua,
¿cuál es el porcentaje en masa de la sal?
Primero se calcula la masa de la disolución: 50 g de sal más 250 g de agua es igual que
300 g de disolución. Los valores se sustituyen en la fórmula y se realiza la operación.
El resultado es 16.6%, lo cual significa que la composición porcentual en masa de la
disolución es 16.6% de sal y 83.4% de agua.
Ejemplo 2: ¿Cuál es el porcentaje en masa de 5 g de azúcar disueltos en 20 g de agua
destilada?
Se calcula la masa de la disolución: 5 g de azúcar más 20 g de agua es igual que 25 g de
disolución. Se sustituyen los valores y se efectúa la operación.
Por tanto, 20% de la masa de la disolución es azúcar.
Porcentaje en volumen Otra forma de expresar la concentración es el porcentaje en
volumen. Se utiliza cuando el soluto es un líquido. Para calcular este porcentaje se
divide el volumen del soluto entre el de la disolución y el resultado se multiplica por
cien:
Ejemplo 1: ¿Cuál es el porcentaje en volumen del ácido acético en una disolución de un
limpiador de vidrios que contiene 40 ml de ácido acético en 650 ml de disolución?
El porcentaje en volumen se calcula de esta manera:
El resultado indica que el 6.1% del volumen de la disolución del limpiador de vidrios es
ácido acético.
Responda las siguientes preguntas: ¿Qué es la solubilidad de una sustancia?
Es la Capacidad de una sustancia de disolverse en otra
En los hospitales, los pacientes suelen recibir suero, que consiste en una disolución de
sal (cloruro de sodio) en agua con una concentración igual a 0.9% ¿Cómo se prepara un
litro de esta disolución? ¿Cuántos gramos de sal se necesitan?
9 gramos
Unidad 3. Lectura 3.7.
Productos derivados del oxígeno y la combustión
Los óxidos
El oxígeno tiene una gran capacidad para combinarse con otros elementos y compuestos
y formar nuevas sustancias, denominadas óxidos.
Óxidos básicos y óxidos ácidos
Los óxidos se clasifican en básicos y ácidos. Cuando el oxígeno reacciona con
elementos metálicos, como el sodio (Na) y el magnesio (Mg) da lugar a óxidos básicos.
Por ejemplo:
Óxido de sodio
2Na(s) + O2(g) 2Na2O(s)
Óxido de magnesio
2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)
Estos óxidos se denominan básicos porque generan sustancias básicas cuando son
disueltos en agua:
Hidróxido de sodio
Na2O(s)+ H2O(l) 2NaOH(ac)
Hidróxido de magnesio
2MgO(s)+ 2H2O(l) 2Mg(0H)2(ac)
Cuando el oxígeno reacciona con elementos no metálicos, como el carbono (C) forma
óxidos ácidos:
C(s) + O2(g) CO2(g)
Estos óxidos generan sustancias ácidas al disolverse en agua.
CO2(g) + H20(l) H2CO3(ac)
Dióxido de carbono y calentamiento global del planeta
El dióxido de carbono CO2 producido en una combustión se integra a la atmósfera
terrestre. Junto con el vapor de agua y la energía del Sol, este gas ayuda a mantener la
temperatura promedio del planeta, que es 15 °C. Esto se debe al fenómeno conocido
como efecto invernadero.
Fig. 1 Efecto invernadero en la Tierra y en un invernadero. La energía que debería escapar al espacio se queda en la atmósfera y provoca un incremento de temperatura.
El efecto invernadero
Una parte de la radiación solar que llega a la superficie terrestre se refleja al espacio en
forma de rayos infrarrojos. Sin embargo, el dióxido de carbono CO2absorbe este tipo de
radiación, lo cual provoca que sus moléculas gaseosas vibren más rápido y, por
consiguiente, que la temperatura de la atmósfera aumente. De esta forma, la energía
queda atrapada en la Tierra (Fig. 1).
Este fenómeno es conocido como efecto invernadero porque se produce también en los
invernaderos que las personas construyen con techos y paredes de vidrio o plástico.
Estos materiales permiten la entrada de la radiación solar que, una vez dentro, se
absorbe y conserva, lo que aumenta la temperatura. Los invernaderos posibilitan el
cultivo de plantas tropicales aun en lugares fríos.
La temperatura de la Tierra se mantiene constante gracias al efecto invernadero; esto
ocurrirá mientras la concentración de dióxido de carbono (CO2) no aumente o
disminuya demasiado. La cantidad de este gas es regulada de manera natural, siempre
que no haya muchas industrias o muchos automóviles.
El CO2 y el calentamiento global del planeta
El dióxido de carbono (CO2) generado en el proceso de respiración, en los incendios
forestales y en los procesos de descomposición de la materia orgánica se consume
durante la fotosíntesis, proceso que realizan los organismos vegetales para producir sus
alimentos. De esta forma, la concentración de dióxido de carbono (CO2) puede
permanecer prácticamente constante.
Sin embargo, en la actualidad nuestro planeta se ha visto transformado por la creciente
explosión demográfica y las consecuencias que ésta tiene. El consumo excesivo de los
combustibles empleados en los medios de transporte, en la generación de electricidad y
en distintas industrias, ha producido mucho dióxido de carbono.
Como la combustión de la madera y los combustibles fósiles generan dióxido de
carbono (CO2), la cantidad de gases producidos en los diversos procesos de combustión,
necesarios para mantener la mayoría de las actividades de la sociedad actual, es muy
superior a la generada por fuentes naturales.
Este fenómeno ha dado lugar a un aumento considerable en la cantidad de dióxido de
carbono presente en la atmósfera que ya no puede ser reciclado por los vegetales
mediante la fotosíntesis. Si a esto se le suma el hecho de que cada vez hay menos zonas
con organismos vegetales en la superficie del planeta, es fácil darse cuenta de que los
mecanismos de regulación natural ya no son tan eficientes.
El aumento en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera parece haber
producido un incremento en la temperatura promedio del planeta.
Lluvia ácida
La lluvia natural es ligeramente ácida. Esto se debe a que, en su viaje de las nubes hasta
la superficie terrestre, el agua de lluvia disuelve parte del CO2 de la atmósfera y forma
ácido carbónico (H2CO3), que es un ácido débil.
CO2(g) + H20(l) H2CO3(ac)
Si la atmósfera está contaminada por óxidos de azufre y de nitrógeno, se producen los
ácidos sulfúrico (H2SO4), nitroso (HNO2) y nítrico (HNO3).
SO3(g) + H20(l) H2SO4(ac)
2NO2(g) + H20(l) HNO3(ac) + HNO2(ac)
La lluvia contaminada con estos ácidos se conoce como lluvia ácida y llega a ser tan
ácida como el jugo de limón. La lluvia ácida provoca oxidación y corrosión de metales,
que la fotosíntesis se realice lentamente, que mueran las plantas y, por supuesto, los
peces de lagos y ríos. En ocasiones, los lagos tienen suelos con gran cantidad de
carbonatos; estos compuestos reaccionan con la lluvia ácida y la neutralizan, es decir,
anulan la acidez del agua. De esta manera, algunos lagos se protegen naturalmente de
los efectos de la lluvia ácida, que no por ello deja de ser un problema grave de
contaminación.
Describa cómo se forman los siguientes óxidos y anote un ejemplo. Óxidos ácidos
Al mezclarse con oxigeno
Oxido ferroso
Óxidos básicos
Al mezclarse con agua
Hidróxido de magnesio
Anote dos o tres productos que usted conozca que se oxidan. ¿Qué tipos de óxidos son?
El hierro se hace oxido acido
El calcio se hace oxido básico
El aluminio se hace oxido acido
Unidad 3. Lectura 3.8.
Sustancias puras
En la naturaleza, casi toda la materia se encuentra en forma de mezclas. Unamezcla es la
unión física de varias sustancias puras. Para determinar las propiedades de una
sustancia, los científicos deben tenerla en estado puro. Por ello, deben separar las
sustancias que están en una mezcla, mediante métodos físicos que no alteran la
naturaleza de las sustancias.
Sustancia pura es aquella en la cual todas sus partes son iguales, es decir, tienen la
misma composición y, por tanto, tienen las mismas propiedades físicas y químicas.
Ejemplos de sustancias puras son el hidrógeno, el oxígeno, el agua, el alcohol, el
nitrógeno, el amoniaco, la sal, el azúcar, el éter, el oro, la plata, el mercurio y el cobre.
Los elementos son sustancias formadas por átomos iguales. Debido a ello, un elemento
no se puede descomponer en otras sustancias.
Ejemplos de elementos son: el oro (Au), el cobre (Cu), la plata (Ag), el oxígeno (O2), el
hidrógeno (H2), el nitrógeno (N2), el azufre (S8), el sodio (Na), el aluminio (Al), el yodo
(I), etcétera.
Los compuestos son sustancias formadas por elementos diferentes en proporción
definida. Los compuestos se pueden descomponer en sustancias más sencillas por
métodos químicos.
Ejemplos de compuestos son: el agua (H2O), la sal (NaCl), el azúcar (C12H22O11), el
alcohol (CH3CH2OH), la glucosa (C6H12O6), la sosa (NaOH), el amoníaco (NH3), entre
muchos otros.
En la vida cotidiana usamos el término agua pura como sinónimo de agua potable. En un texto breve explique por qué esto es incorrecto para la Química.
Es incorrecto porque en las comunidades es casi imposible encontrar agua pura
,que es una composición que solo contiene agua ,así que el agua potable contiene
algunos metales o sal , pero aun así es para el consumo