Antologia y experimento
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Antologia y experimento Antologia y experimento Document Transcript

  • Unidad 3. Lectura 3.4.Transformaciones del estado físico de la materiaUnidad 3. Lectura 3.5. Tipos de mezclas y métodos físicos de separación Mezclas homogéneas y mezclasheterogéneasHomogéneo indica que la materia es uniforme en todas sus partes.Heterogéneo indica que la materia no es homogénea; por lo tanto, no todas sus partesson iguales.El agua potable es una mezcla homogénea. Dentro de un vaso, por ejemplo, es igualarriba que abajo.Un gis parece homogéneo. Sin embargo, si se le observa al microscopio se verá laexistencia de diferentes materiales; por lo tanto, es heterogéneo.Una mezcla homogénea es aquella en la que, al reunir dos o más materiales, éstosconservan 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, éstosconservan sus propiedades individuales y su apariencia diferente.El granito y la madera son dos ejemplos de mezclas heterogéneas.Disoluciones sólidas, líquidas y gaseosasLas disoluciones son mezclas homogéneas en las que las partículas disueltas tienen untamaño muy pequeño. La sustancia que aparece en mayor cantidad se denominadisolvente. La o las sustancias que se encuentran en menor proporción se llamansolutos.Las disoluciones pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. Los gases mezclados entre sísiempre forman disoluciones.
  • Coloides y suspensionesCuando las partículas de soluto en una mezcla homogénea tienen tamaños relativamentegrandes 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, setienen 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 emulsióncuando el disolvente rodea una pequeñísima cantidad de soluto, formando gotitas quepermanecen suspendidas en el disolvente, sin presentar el comportamiento normal de lassuspensiones, es decir, no hay asentamiento en el fondo.Métodos de separación de mezclas DecantaciónSe separa un sólido o un líquido más denso de un líquido menos denso y que por lotanto ocupa la parte superior de la mezcla. Fig. 1 Decantación. FiltraciónSe separa un sólido de un líquido pasando el último a través de un material poroso quedetenga al primero.Una de las características principales de un sólido es su solubilidad en un líquidodeterminado. La sal es soluble en agua, pero un gis no lo es. En estas situaciones sepuede separar una mezcla empleando la técnica de filtración, que en el laboratoriorequiere un embudo y un papel filtro. Este último permite el paso del líquido con lassustancias 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. Diferencia de solubilidad en disolventes fríos y calientes o Cristalización en diferentes disolventes. Sublimación Diferencia de puntos de sublimación de dos sólidos. Diferencia de movilidad de sustancias que se mueven Cromatografía sobre un soporte. MagnetizaciónSi uno de los componentes de la mezcla se puede imantar, el paso de un imán permitesepararlo. CromatografíaÉsta es quizás una de las técnicas de separación más poderosas con las que cuentan losquímicos de la actualidad. Fue descubierta en 1906, por el ruso Tsweet. Su importanciase manifiesta con el otorgamiento de dos premios Nobel a investigaciones específicas enesta técnica y el que se haya concedido al menos una docena de premios Nobel más aquienes, empleándola, han obtenido resultados notables, por ejemplo, el descubrimientode los carotenoides y las vitaminas A y B y, recientemente, la elucidación de lascomplejas estructuras de los anticuerpos. CristalizaciónLa cristalización también se basa en la solubilidad, específicamente en el cambio de éstacon 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. SublimaciónSe dice que una sustancia se sublima cuando pasa del estado sólido al gaseoso sinfundirse. En una mezcla, la presencia de una sustancia que sublima permite suseparación por esta técnica, empleando el equipo de la Fig. 4. Ejemplos de sustanciasque subliman son los desodorantes, la naftalina y el yodo.
  • Fig. 4 Sublimación y deposición.Describa qué es y anote un ejemplo de:Una disoluciónUna mezcla homogéneas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayorcantidad suele recibir el nombre de disolvente, y a la de menor cantidad se le llamasoluto y es la sustancia disueltaAlcohol y sal, agua y azúcarUn coloideColoide, suspensión de partículas diminutas de una sustancia, llamada fasedispersada, en otra fase, llamada fase continua, o medio de dispersión.AerosolUna suspensiónUna mezcla heterogénea formada por un sólido en polvo y/o pequeñas partículasno solubles, agua y grava¿Cuáles son las principales técnicas de separación de mezclas?Decantación,FiltraciónDestilaciónCristalizaciónSublimaciónCromatografíaMagnetizaciónUnidad 3. Lectura 3.6.Solubilidad y concentración SolubilidadLa cantidad de una sustancia que puede disolverse en cierta cantidad de líquido siemprees limitada. ¿Qué ocurre cuando se añaden diez cucharadas de azúcar en un vaso conagua? En algún momento, el azúcar dejará de disolverse y parte de los cristalespermanecerá en el fondo, sin importar por cuánto tiempo o con qué fuerza se agite ladisolución.La capacidad de una sustancia para disolverse en otra se llama solubilidad. Lasolubilidad de un soluto es la cantidad de éste, en gramos, que puede disolverse en 100gramos de agua hasta formar una disolución saturada. Se considera que una disoluciónestá saturada cuando no admite más soluto, por lo cual el sobrante se deposita en elfondo del recipiente.Cuando se calienta una disolución saturada, ésta disuelve más soluto que a temperaturaambiente; por lo mismo, se obtiene una disolución sobresaturada. Esto ocurre porque elaumento de temperatura hace que el espacio entre las partículas del líquido sea mayor y
  • disuelva una cantidad más grande de sólido. Ejemplos de disoluciones sobresaturadasson la miel de abeja y los almíbares.La solubilidad de las sustancias varía; de hecho, algunas son muy poco solubles oinsolubles. La sal de cocina, el azúcar y el vinagre son muy solubles en agua, mientrasque 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? Hechoscomo los anteriores se manifiestan en el entorno cotidiano. Son varios los factores queintervienen en el proceso de disolución, entre éstos se encuentran la temperatura y lapresión.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 elazúcar se disuelve mejor en el café caliente y la leche debe estar en ebullición parapreparar chocolate. De acuerdo con lo anterior, cuando se prepara agua de limón esmejor disolver primero el azúcar y luego agregar los hielos; de lo contrario, el azúcar nose 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 unsólido es insoluble en agua, no se disolverá aunque se aumente bruscamente la presiónejercida sobre él.En relación con la temperatura, los gases disueltos en líquidos se comportan de formainversa a como lo hacen los sólidos. La solubilidad de un gas en agua decrece a medidaque aumenta la temperatura; esto significa que la solubilidad y la temperatura soninversamente proporcionales; por ejemplo, a 20 °C se disolverá en agua el doble deoxígeno que a 40 °C. ConcentraciónPorcentaje en masaEsta primera forma de expresar la concentración es el cociente de la masa del solutoentre 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 que300 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 ladisolución 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 aguadestilada?Se calcula la masa de la disolución: 5 g de azúcar más 20 g de agua es igual que 25 g dedisolución. 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 envolumen. Se utiliza cuando el soluto es un líquido. Para calcular este porcentaje sedivide el volumen del soluto entre el de la disolución y el resultado se multiplica porcien:Ejemplo 1: ¿Cuál es el porcentaje en volumen del ácido acético en una disolución de unlimpiador 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 esácido 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 desal (cloruro de sodio) en agua con una concentración igual a 0.9% ¿Cómo se prepara unlitro de esta disolución? ¿Cuántos gramos de sal se necesitan?9 gramosUnidad 3. Lectura 3.7.Productos derivados del oxígeno y la combustiónLos óxidosEl oxígeno tiene una gran capacidad para combinarse con otros elementos y compuestosy formar nuevas sustancias, denominadas óxidos. Óxidos básicos y óxidos ácidosLos óxidos se clasifican en básicos y ácidos. Cuando el oxígeno reacciona conelementos 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 sondisueltos 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) formaóxidos 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 atmósferaterrestre. Junto con el vapor de agua y la energía del Sol, este gas ayuda a mantener latemperatura promedio del planeta, que es 15 °C. Esto se debe al fenómeno conocidocomo 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 invernaderoUna parte de la radiación solar que llega a la superficie terrestre se refleja al espacio enforma de rayos infrarrojos. Sin embargo, el dióxido de carbono CO2absorbe este tipo deradiación, lo cual provoca que sus moléculas gaseosas vibren más rápido y, porconsiguiente, que la temperatura de la atmósfera aumente. De esta forma, la energíaqueda atrapada en la Tierra (Fig. 1).Este fenómeno es conocido como efecto invernadero porque se produce también en losinvernaderos 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, seabsorbe y conserva, lo que aumenta la temperatura. Los invernaderos posibilitan elcultivo de plantas tropicales aun en lugares fríos.La temperatura de la Tierra se mantiene constante gracias al efecto invernadero; estoocurrirá mientras la concentración de dióxido de carbono (CO2) no aumente odisminuya demasiado. La cantidad de este gas es regulada de manera natural, siempreque no haya muchas industrias o muchos automóviles.El CO2 y el calentamiento global del planetaEl dióxido de carbono (CO2) generado en el proceso de respiración, en los incendiosforestales y en los procesos de descomposición de la materia orgánica se consumedurante la fotosíntesis, proceso que realizan los organismos vegetales para producir susalimentos. De esta forma, la concentración de dióxido de carbono (CO2) puedepermanecer prácticamente constante.
  • Sin embargo, en la actualidad nuestro planeta se ha visto transformado por la crecienteexplosión demográfica y las consecuencias que ésta tiene. El consumo excesivo de loscombustibles empleados en los medios de transporte, en la generación de electricidad yen distintas industrias, ha producido mucho dióxido de carbono.Como la combustión de la madera y los combustibles fósiles generan dióxido decarbono (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 muysuperior a la generada por fuentes naturales.Este fenómeno ha dado lugar a un aumento considerable en la cantidad de dióxido decarbono presente en la atmósfera que ya no puede ser reciclado por los vegetalesmediante la fotosíntesis. Si a esto se le suma el hecho de que cada vez hay menos zonascon organismos vegetales en la superficie del planeta, es fácil darse cuenta de que losmecanismos de regulación natural ya no son tan eficientes.El aumento en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera parece haberproducido un incremento en la temperatura promedio del planeta.Lluvia ácidaLa lluvia natural es ligeramente ácida. Esto se debe a que, en su viaje de las nubes hastala superficie terrestre, el agua de lluvia disuelve parte del CO2 de la atmósfera y formaácido 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 losácidos 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 tanácida 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, lospeces de lagos y ríos. En ocasiones, los lagos tienen suelos con gran cantidad decarbonatos; 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 delos efectos de la lluvia ácida, que no por ello deja de ser un problema grave decontaminación.Describa cómo se forman los siguientes óxidos y anote un ejemplo.Óxidos ácidosAl mezclarse con oxigenoOxido ferrosoÓxidos básicos
  • Al mezclarse con aguaHidróxido de magnesioAnote dos o tres productos que usted conozca que se oxidan. ¿Qué tipos de óxidos son?El hierro se hace oxido acidoEl calcio se hace oxido básicoEl aluminio se hace oxido acidoUnidad 3. Lectura 3.8.Sustancias purasEn la naturaleza, casi toda la materia se encuentra en forma de mezclas. Unamezcla es launión física de varias sustancias puras. Para determinar las propiedades de unasustancia, los científicos deben tenerla en estado puro. Por ello, deben separar lassustancias que están en una mezcla, mediante métodos físicos que no alteran lanaturaleza de las sustancias.Sustancia pura es aquella en la cual todas sus partes son iguales, es decir, tienen lamisma composición y, por tanto, tienen las mismas propiedades físicas y químicas.Ejemplos de sustancias puras son el hidrógeno, el oxígeno, el agua, el alcohol, elnitrógeno, 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 elementono se puede descomponer en otras sustancias.Ejemplos de elementos son: el oro (Au), el cobre (Cu), la plata (Ag), el oxígeno (O2), elhidrógeno (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 proporcióndefinida. Los compuestos se pueden descomponer en sustancias más sencillas pormétodos químicos.Ejemplos de compuestos son: el agua (H2O), la sal (NaCl), el azúcar (C12H22O11), elalcohol (CH3CH2OH), la glucosa (C6H12O6), la sosa (NaOH), el amoníaco (NH3), entremuchos otros.En la vida cotidiana usamos el término agua pura como sinónimo de aguapotable. 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 contienealgunos metales o sal , pero aun así es para el consumo