Substancies Pures i Mescles

Substàncies pures i mescles

• Classificació de la matèria • Puresa de les substàncies • Mètodes de separació de mescles • Dissolucions

Classificació de la matèria Matèria Substàncies pures Mescles Elements Compostos Mescles heterogènies Mescles homogènies (dissolucions) Col·loides (dispersions col.loidals) Suspensions

Tenen una composició fixa i propietats característiques ( temperatures de canvi d’estat, pressió de vapor, densitat, capacitat calorífica, etc. ).
Les substàncies pures no es poden separar en d’altres més simples per mètodes físics de separació.
Substàncies pures Elements Compostos
No es poden descompondre en altres substàncies més senzilles.
Tots els elements estan ordenats a la taula periòdica .
Es poden descompondre en altres substàncies més senzilles ( elements) per processos químics .
Es representen mitjançant fórmules químiques .
Classificació de la matèria

Elements Or Sodi Clor (Cl 2 ), brom (Br 2 ) i iode (l 2 ) Classificació de la matèria

Compostos Es representen mitjançant fórmules químiques . Aigua ( H 2 O ) Clorur de sodi ( NaCl ) Diòxid de carboni ( CO 2 ) Classificació de la matèria

Compostos Es poden descompondre en altres substàncies més senzilles ( elements) per processos químics . Electròlisi de l’aigua : 2 H 2 O (l)  2 H 2 (g) + O 2 (g) Classificació de la matèria

http://www.youtube.com/watch?v=ntVylKfa4nk Compostos Classificació de la matèria

Les mescles estan formades per diverses substàncies pures ( components ).
No tenen propietats fixes ( depèn de la composició de la mescla ).
Els components que formen les mescles es poden separar per mètodes físics de separació ( filtració, decantació, destil·lació, etc. )
La major part de sistemes materials que podem trobar a la naturalesa són mescles.
Mescles Classificació de la matèria

Se’n poden distinguir els components a ull nu o amb l’ajut d’un microscopi ( grandària de partícula > 0,001 μm )
Les propietats varien d’un punt a l’altre de la mescla.
Depenent de la grandària de les partícules es poden classificar en suspensions i col·loides .
Mescles heterogènies Classificació de la matèria

Mida partícules > 0,1 μm
No són estables, les partícules sedimenten.
Suspensions Classificació de la matèria

S’anomenen col·loides , suspensions col·loïdals o dispersions col·loïdals
Formats per dues fases: la fase dispersa (minoritària) i la fase contínua (o medi dispersant).
Mida partícules : 0,001 - 0,1 μm
Les partícules no són apreciables a ull nu, travessen els filtres i no sedimenten.
Efecte Tyndall ( dispersió de la llum per les partícules).
Es poden classificar en aerosols, gels, sols, escumes i emulsions.
Col·loides Col·loide Dissolució Efecte Tyndall Col.loide Classificació de la matèria

Col·loides Tipus de col·loides segons l'estat de les seves fases contínua i dispersa Classificació de la matèria Fase dispersa Gas Líquid Sòlid Fase contínua Gas No és possible perquè tots els gasos són solubles entre sí ( dissolució ) Aerosol líquid Exemples: boira, laca Aerosol sòlid Exemples : fum, pols en suspensió Líquid Escuma Exemples: escuma d'afaitar, nata muntada Emulsió Exemples: llet, maionesa, crema de mans, sang Sol Exemples: pintura, tinta xinesa Sòlid Escuma sòlida Exemples: aerogel, roques volcàniques Gel Exemples: gelatina, formatge Sol sòlid Exemples: robí, vidre

Col·loides Fum (aerosol sòlid) Llet (emulsió) Aerogel (escuma sòlida) Pintura (sol) Gelatina (gel) Classificació de la matèria

Les mescles homogènies o dissolucions tenen aspecte uniforme. No se’n poden distinguir els components a ull nu ni amb un microscopi.
Les propietats són idèntiques en tots els punts.
Mida partícules < 0,001 μm (ions o molècules).
Formades per dissolvent ( component majoritari ) i soluts (components minoritaris).
Mescles homogènies Classificació de la matèria

Classificació dissolucions Mescles homogènies Dissolvent Sòlid Líquid Gas . Sòlid acer, bronze,llautó aigua de mar fum ( col.loide ) Solut Líquid amalgama (Hg-Au) alcohol 96º boira ( col.loide ) Gas Hidrogen en pal·ladi oxigen en aigua aire (oxigen en nitrogen ) Classificació de la matèria

Mescles homogènies Oxigen en aigua Ví Aliatges (acer) Aigua mineral Classificació de la matèria

Mescles homogènies Dissolució d’un gas en un sòlid H 2 (g) en Pd ( s) Classificació de la matèria

Puresa de les substàncies Com podem saber si una substància és pura? Les propietats característiques serveixen per diferenciar les substàncies pures de les mescles i, alhora, identificar de quina substància es tracta.
Estudiarem alguns exemples de propietats característiques:
Punt de fusió i punt d’ebullició
Densitat
Calor específica
Calor latent de canvi d’estat

Punt de fusió i punt d’ebullició Puresa de les substàncies El punt de fusió ( T f ) és la temperatura a la qual una substància canvia de la fase sòlida a la líquida, a la pressió d'1 atm. El punt d’ebullició (T e ) és la temperatura a la qual una substància canvia de la fase líquida a la gasosa, a la pressió d'1 atm. En el Sistema Internacional es mesuren en K (kelvin).

Punt de fusió i punt d’ebullició Temperatures de fusió dels elements químics Puresa de les substàncies

Punt de fusió i punt d’ebullició Temperatures d’ebullició i de fusió d’alguns dissolvents (P= 1 atm) Puresa de les substàncies

Punt de fusió i punt d’ebullició T ebullició ( a 1 atm ) T fusió ( a 1 atm ) Gràfic d’escalfament de l’aigua Puresa de les substàncies

http://agora.xtec.cat/iesb7/moodle/file.php/141/178032_am_1.swf Punt de fusió i punt d’ebullició La temperatura de fusió i la d’ebullició es mantenen constants durant el canvi d’estat. Puresa de les substàncies

Densitat
= d = m
V
Unitats SI: kg·m -3 També s’expressa en g/mL o g/cm 3 Puresa de les substàncies

Densitat Determinació de la densitat D’un sòlid D’un líquid (densímetre) m D’un gas  = P · M r R · T Puresa de les substàncies

Densitat El valor de la densitat és característic per a cada substància pura. Puresa de les substàncies

Densitat La densitat d’una substància varia amb la pressió i la temperatura Densitat de l’aigua a P = 1 atm Densitat de l'aigua a 1 atm i 3.98 °C 1000 kg/m 3 = 1 g/cm 3 Puresa de les substàncies

Densitat La densitat de les mescles depèn de la seva composició. Puresa de les substàncies

Calor específica La calor específica o capacitat calorífica específica ( c ) és l’energia necessària per augmentar en 1 K la temperatura d’1 kg de substància treballant a la pressió d’1 atm. S’expressa en J · kg -1 · K -1 És característica de cada substància Puresa de les substàncies

Calor latent de canvi d’estat La calor latent de vaporització (L v ) és l’energia necessària per passar de líquid a gas un kg de substància treballant a la pressió d’1 atm La calor latent de fusió (L f ) és l’energia necessària per passar de sòlid a líquid un kg de substància treballant a la pressió d’1 atm Puresa de les substàncies

Calor latent de canvi d’estat Calors latents de vaporització (L v ) d’algunes substàncies pures a 1 atm Calors latents de fusió (L f ) d’algunes substàncies pures a 1 atm Puresa de les substàncies

Mètodes de separació de mescles Els components d’una mescla es poden separar mitjançant mètodes físics de separació
Filtració
Decantació
Centrifugació
Sedimentació
Separació magnètica
Sublimació
Evaporació
Cristal·lització
Destil·lació ( simple i fraccionada )
Extracció sòlid-líquid
Extracció líquid-líquid
Cromatografia

Col.lecció de vídeos sobre tècniques bàsiques de laboratori i tècniques de separació de mescles http://upcommons.upc.edu/video/handle/2099.2/1241 Mètodes de separació de mescles

Filtració · Es basa en la diferent mida de les partícules que formen la mescla. · Permet separar mescles heterogènies sòlid-líquid mitjançant filtres . · Tipus de filtració: - a pressió atmosfèrica - filtració al buit Mètodes de separació de mescles

Filtració al buit paper de filtre embut Büchner connexió al buit matràs Kitasato Mètodes de separació de mescles

http://agora.xtec.cat/iesb7/moodle/file.php/141/185764_am_1_filtracio_buit.swf Mètodes de separació de mescles

Decantació · Es basa en la diferència de densitats entre els components de la mescla. · Permet separar mescles heterogènies sòlid-líquid o líquid-líquid. Embut de decantació Decantació manual Mètodes de separació de mescles

Sedimentació · També es basa en la diferència de densitats entre els components de la mescla. · Permet separar sòlids que es trobin en suspensió en un líquid. Decantador d’una planta depuradora d’aigües residuals Mètodes de separació de mescles

Separació magnètica · Si un dels components de la mescla és atret pels imants , pot separar-se de la resta. · Permet separar els metalls fèrrics d’una mescla heterogènia . L’alumini i d’altres metalls no fèrrics ( coure, plom, zinc ) no són atrets pels imants. Mètodes de separació de mescles

Centrifugació · Tècnica basada en la diferència de densitats entre els components de la mescla ( homogènia o heterogènia ). · Consisteix en aplicar una gran velocitat de rotació ; això fa que les partícules més denses es dipositin en el fons. Centrifugadora Mètodes de separació de mescles

La llet desnatada o descremada s’obté eliminant el greix de la llet per centrifugació . Amb el greix separat se solen fabricar productes com la crema de llet, la mantega o la nata. Centrifugació Mètodes de separació de mescles

Evaporació Salines Bany maria · Es fonamenta en la diferència de temperatures d’ebullició entre els components de la mescla. Mètodes de separació de mescles

Evaporació http://www.edu.xunta.es/contidos/premios/p2005/tr/45/quimica/videos/cristalizacion.wmv Mètodes de separació de mescles

Evaporació http://www.alonsoformula.com/videoteca/video_048.htm Mètodes de separació de mescles

Destil·lació · Es fonamenta en la diferència de temperatures d’ebullició entre els components de la mescla. · Consisteix en una vaporització i posterior condensació dels líquids que formen una mescla homogènia. Refineria de petroli Mètodes de separació de mescles

Destil·lació simple ( si els líquids tenen temperatures d’ebullició bastant diferents ) Mètodes de separació de mescles

http://www.edu.xunta.es/contidos/premios/p2005/tr/45/quimica/videos/destilacion.wmv Destil·lació simple Mètodes de separació de mescles

http://agora.xtec.cat/iesb7/moodle/file.php/141/178031_am_1dest_simple.swf Mètodes de separació de mescles

Destil·lació fraccionada o rectificació Si els líquids tenen temperatrures d’ebullició molt properes . Cal utilitzar una columna de destil.lació Mètodes de separació de mescles

Destil·lació fraccionada Mètodes de separació de mescles

Extracció · Es basa en la diferència de solubilitat dels components de la mescla · Extracció líquid – líquid: permet separar dos components líquids mitjançant l’addició d’un tercer component líquid. Mètodes de separació de mescles

Extracció · Extracció sòlid – líquid: s’afegeix un dissolvent que “arrosega” el component sòlid que interessa separar de la mescla. · També se l’anomena rentatge, percolació o lixiviació. Mètodes de separació de mescles

http://agora.xtec.cat/iesb7/moodle/file.php/141/178048_am_1_extractor_soxhlet.swf Mètodes de separació de mescles

Cromatografia · Mètode de separació basat en la diferència d’afinitat dels components de la mescla entre dues fases: la fase estacionària ( suport ) i la fase mòbil ( dissovent o eluent ) · Els components que pujen més ràpid són els més solubles en la fase mòbil i menys retinguts per la fase estacionària ) Paper ( fase estacionària ) Mostres Dissolvent ( fase mòbil ) Cromatografia sobre paper Mètodes de separació de mescles

Cromatografia Cromatografia sobre paper http://www.youtube.com/watch?v=Oy_yTOwyRLM Cromatografia de capa fina (TLC) http://www.youtube.com/watch?v=rbp_Qc4jMAc Cromatografia de gasos (GC) http://www.youtube.com/watch?v=08YWhLTjlfo Cromatografia líquida d’alta resolució (HPLC) http://www.youtube.com/watch?v=kz_egMtdnL4&feature=relmfu Mètodes de separació de mescles

Cromatografia Cromatograma L’ àrea de cada pic és proporcional a la concentració de cada substància http://www.chem.uoa.gr/applets/AppletChrom/Appl_Chrom2.html Mètodes de separació de mescles

Dissolucions Les dissolucions són mescles homogènies de dos o més components. Les partícules dissoltes tenen una mida molt petita (molècules, ions) i no són visibles. Mida partícules < 0,001 μm Les dissolucions poden ser sòlides ( aliatges ), líquides o gasoses. Dissolució = dissolvent + solut-s Dissolvent : component majoritari Soluts : components minoritaris Dissolucions

Composició de les dissolucions La proporció en què es troben els components d’una dissolució s’anomena concentració . Es pot expressar de maneres diferents: Percentatge en massa % massa = g solut . 100 g dissolució Percentatge en volum % Vol = mL solut . 100 mL dissolució Grams per litre g/L = g solut Litres dissolució Dissolucions

Composició de les dissolucions Molalitat o conc. molal m = mols solut kg dissolvent Molaritat o concentració molar M = mols solut L dissolució Fracció molar X A = mols solut A mols soluts + mols dissolvent Parts per milió ppm = mg solut kg dissolució Dissolucions

Solubilitat La solubilitat és la quantitat màxima de solut que es pot dissoldre en una quantitat determinada de dissolvent, a una temperatura determinada. La solubilitat coincideix amb el valor de la concentració del solut en una dissolució saturada . La solubilitat sol expressar-se en g/L o mol/L Dissolucions

Solubilitat La solubilitat dels compostos iònics en aigua depèn de la temperatura Dissolucions

El Mar Mort té un contingut en sals 10 vegades més gran que la resta de mars i oceans. Solubilitat Dissolucions

Solubilitat Dissolucions Solubilitat de diferents gasos en aigua ( variació amb la temperatura )

Si el cabal d’un riu és petit, l’aigua de refrigeració de les centrals tèrmiques i centrals nuclears pot augmentar la temperatura de l’aigua i això pot provocar la disminució de la concentració d’O 2 (g) en dissolució. Solubilitat Dissolucions

Variació de la solubilitat d’un gas en un líquid en canviar la pressió Solubilitat Dissolucions

Llei de Henry A temperatura constant, la quantitat d’un gas dissolta en un líquid és directament proporcional a la pressió parcial que exerceix aquest gas sobre el líquid. C A = K · P V (A) C A : solubilitat (concentració) del gas A en el líquid (mol/L) K: constant de Henry (depèn de T, el gas i el líquid) P v (A) : pressió parcial del gas A (atm) Solubilitat Dissolucions http://youtu.be/18Y_2IAM5qY

Solubilitat ? Creença popular: Una cullera de plata evita que s’escapin les bombolles de les ampolles de cava Dissolucions

Solvatació Dissolucions

http://www.youtube.com/watch?v=8yZOPNH8sf4 Solvatació Dissolucions

Preparació de dissolucions A partir d’un solut sòlid http://youtu.be/smIN0iSmy4o Dissolucions

Preparació de dissolucions A partir d’un solut sòlid Càlculs Calcular els grams d’hidròxid de sodi necessaris per preparar 250 mL de dissolució de NaOH 0,1 M. 250 mL dissolució . 1 L dissolució . 0,5 mol NaOH . 40,0 g NaOH = 5,0 g NaOH 1000 mL dis. 1 L dissolució 1 mol NaOH Volum de dissolució a preparar Concentració de la dissolució Massa molecular del solut sòlid Dissolucions

Preparació de dissolucions A partir d’una dissolució concentrada http://youtu.be/9rCRlKuWn8g Dissolucions

Preparació de dissolucions
Càlculs
Calcular el volum d’àcid clorhídric concentrat que hem d’agafar per preparar 100 mL (0,1 L) de dissolució de HCl 0,25 M.
Dades de la dissolució concentrada comercial (HCl conc.) :
densitat 1,18 g/cm 3
35% en massa
M (HCl) = 36,5 g/mol
0,1 L dissolució . 0,25 mol HCl . 36,5 g HCl . 100 g HCl conc. 1 cm 3 HCl conc. = 2,2 cm 3 HCl conc.
1L dissolució 1 mol HCl 35 g HCl 1,18 g HCl conc.
Volum de dissolució a preparar Concentració de la dissolució a preparar Massa molecular del solut A partir d’una dissolució concentrada % en massa dissolució concentrada densitat dissolució concentrada Dissolucions

Dil.lucions Realitzar una dil.lució és obtenir una dissolució més dil.luida (de concentració més baixa) a partir d’una dissolució més concentrada. Càlculs V concentrada · M concentrada = V dil.luida · M dil.luida V = volum (mL o L) M = molaritat (mol · L -1 ) Dissolucions

Dil·lucions Dissolucions http://www.youtube.com/watch?v=I_x8_ykaeyA

Propietats de les dissolucions Les propietats col·ligatives són propietats que varien amb la concentració de les dissolucions.
Disminució de la pressió de vapor (p v )
Augment ebulloscòpic ( Δ T e )
Descens crioscòpic ( Δ T f )
Osmosi. Pressió osmòtica (  )
Dissolucions

Propietats de les dissolucions Disminució de la pressió de vapor (p v ) La pressió de vapor d’una dissolució disminueix en augmentar la concentració de solut (en disminuir la fracció molar del dissolvent). Llei de Raoult p v = X dissolvent · p v º p v : pressió de vapor de la dissolució (mmHg) X dissolvent : fracció molar del dissolvent p v º: pressió de vapor del dissolvent pur (mmHg) Dissolucions

La pressió de vapor d’una dissolució disminueix en augmentar la concentració de solut ( augmenten les interaccions entre les molècules de solut i les de dissolvent ). Propietats de les dissolucions Disminució de la pressió de vapor (p v ) Dissolucions

Propietats de les dissolucions Disminució de la pressió de vapor (p v ) http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/propOfSoln/vp3.html Dissolucions

Propietats de les dissolucions Ascens ebulloscòpic (ΔT e ) La temperatura d’ebullició augmenta amb la concentració de solut. ΔT e = K e · m ΔT e : augment de la temperatura d’ebullició (ºC) K e : constant ebulloscòpica del dissolvent (kg · ºC ·mol -1) m : molalitat (mol · kg -1 ) Líquid refrigerant-anticongelant Dissolucions

Propietats de les dissolucions Descens crioscòpic ( Δ T f ) La temperatura de solidificació ( o fusió ) disminueix amb la concentració de solut. ΔT f = K f · m ΔT f : descens de la temperatura de fusió (ºC) K f : constant crioscòpica del dissolvent (kg ºC ·mol -1 ) m : molalitat (mol · kg -1 ) Camió llençant sal sobre una carretera per prevenir la formació de gel. Dissolucions

Descens crioscòpic ( Δ T f ) Propietats de les dissolucions Dissolucions

Propietats de les dissolucions http://group.chem.iastate.edu/Greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/propOfSoln/colligative.html Dissolucions

Osmosi L’osmosi consisteix en el flux de molècules d’aigua a través d’una membrana semi-permeable ( només deixa passar molècules d’aigua, no de solut ). http://www.youtube.com/watch?v=K6PEVCwKUPo Propietats de les dissolucions Dissolucions

Osmosi Propietats de les dissolucions http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_osmosis_works.html Dissolucions

Osmosi L’aigua passa de la solució més dil·luïda ( hipotònica ) a la més concentrada ( hipertònica ) fins que s’igualen les concentracions i s’arriba a una pressió determinada que atura el procés ( pressió osmòtica ). Propietats de les dissolucions Dissolucions

Osmosi Una solució pot ser isotònica, hipotònica o hipertònica depenent de si té una concentració igual, inferior o superior a la de la cèl·lula. Propietats de les dissolucions http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/materiales_tic/biomoleculas/osmosis2.swf Dissolucions

Osmosi Conservació d’aliments L a sal ( salaons ) constitu eix un dels m ètodes m és anti cs de conservació d ’aliments . Els microbis no soport e n una salini tat exce s siva. Els microorganism es m oren deshidrata ts en perdre p e r osmosi gran qu anti tat d ’ai gua a través de les seves membran e s . Propietats de les dissolucions Dissolucions

Centrals dessalinitzadores Mitjançant l’ osmosi inversa es pot obtenir aigua dolça a partir de l’aigua del mar. L’osmosi inversa no és un procés espontani , per això s’han d’aplicar pressions molt elevades perquè l’aigua passi a través d’unes membranes semipermeables (deixen passar les molècules d’aigua però no els ions de la sal). Propietats de les dissolucions Osmosi (Osmosi inversa) Dissolucions

Osmosi (Osmosi inversa) http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2009/09/27/188235.php Propietats de les dissolucions http://www.youtube.com/watch?v=I81zpxhLvw8&feature=related Dissolucions

Les persones amb insuficiència renal necessiten eliminar residus de la seva sang mitjançant la tècnica de diàlisi . És un procés semblant a l’osmosi però en aquest cas la membrana selectiva deixa passar aigua i també certes molècules, eliminant les toxines. Propietats de les dissolucions Osmosi Dissolucions

Propietats de les dissolucions Pressió osmòtica (  ) La pressió osmòtica és la pressió hidrostàtica necessària per detenir el flux net de dissolvent a través d’una membrana semipermeable . A una temperatura determinada, és proporcional a la molaritat de la dissolució.  = c · R · T  : pressió osmòtica ( atm) c : concentració molar ( mol ·L -1 ) R : constant dels gasos ( 0,082 atm ·L · K -1 · mol -1 ) T : temperatura absoluta ( K ) Dissolucions

Referències de les imatges http://www.sciencephoto.com/ Autor José Ángel Hernández Santadaría Institut Badalona VII [email_address] “ Substàncies pures i mescles” de José Ángel Hernández Santadaría està subjecta a una llicència de Reconeixement-NoComercial 3.0 No adaptada de Creative Commons

http://moodle.iesvoltreganes.cat	2778
http://agora.xtec.cat	2004
http://www.inselcastell.com	2001
http://agora.educat1x1.cat	965
http://elcarmeciencies.wikispaces.com	855
http://phobos.xtec.cat	746
http://cursos.inslaferreria.com	505
http://www.bellera.cat	345
http://benjaminanglada.wordpress.com	287
http://192.168.0.206	129
http://cursos.inslaferreria.net	97
http://www.iespladenboet.cat	93
http://www.slideshare.net	81
http://spmfqa.blogspot.com	52
http://blocs.xtec.cat	49
https://elcarmeciencies.wikispaces.com	30
http://carmen-herencia.blogspot.com	24
http://medidigital.blogspot.com.es	21
http://gestor.ieslaferreria.net	7
http://homeostasi.wordpress.com	6
http://carmen-herencia.blogspot.com.es	4
http://carmen-herencia.blogspot.mx	2
http://spmfqa.blogspot.com.es	2
http://medidigital.blogspot.com	1
http://www.spmfqa.blogspot.com	1
http://127.0.0.1:51235	1
http://www.edu.xunta.es	1
http://sesvilariera.xtec.cat	1

Substancies Pures i Mescles

by José Ángel Hernández Santadaría on Oct 18, 2009

Accessibility

Categories

Tags

Upload Details

Usage Rights

28 Embeds 11,088

Statistics

Substancies Pures i Mescles — Presentation Transcript