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QUÍMICA. DEFINICIÓN La química es una ciencia que describe la materia, sus propiedades físicas y químicas, los cambios que experimenta y las variaciones de energía que acompañan dichos procesos. Considérese la extraordinaria amplitud de esta definición: la materia constituye todo lo tangible, desde el cuerpo humano y las cosas cotidianas, hasta los grandes objetos del universo. En ella se estudia tanto el aire que respiramos, el alimento que consumimos, los líquidos que tomamos, nuestra vestimenta, la vivienda, el transporte los suministros de combustibles, etc. 1.1 MATERIA Y ENERGIA Para pensar> ¿Qué es la materia? Piensa acerca de este concepto y escribe tus conclusiones. .......................................................................................................................................................... Dados los siguientes ejemplos indica cual de aquellos son ejemplos de materia: la luz la energía el agua
una idea un color el calor
los sentimientos el oxígeno un pensamiento
una intuición una proteína un conocimiento
sal de mesa la atmósfera arena
Explica con tus palabras cuáles son las características que considera necesarias para identificarlos como materia. .................................................................................................................................................. Para pensar> Lea y analiza el siguiente párrafo: Considerando que materia es todo aquello que nos rodea, en su definición conceptual deben considerarse aquellas propiedades intrínsecas que siempre están presentes en la misma. Entonces podemos afirmar que.... MATERIA ES TODO AQUELLO QUE OCUPA UN LUGAR EN EL ESPACIO Y TIENE MASA. Compara tu respuesta con la definición de materia y verifica la validez de tus respuestas anteriores. Materia y Energía. La materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. La masa es la medida de la cantidad de materia contenida en una muestra de cualquier material. Mientras más masa tenga un objeto, más fuerza se requerirá para ponerlo en movimiento. La energía se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Se conocen diversas formas de energía, que incluyen energía mecánica, eléctrica, calorífica y luminosa. Los vegetales utilizan la energía luminosa del sol para su crecimiento. La energía eléctrica permite iluminar un cuarto con sólo cerrar un interruptor. La energía calorífica permite cocinar los alimentos y calentar los hogares. La energía se puede presentar en dos formas principales: cinética y potencial. Un cuerpo en movimiento, como una roca que se despeña, posee energía debido a su movimiento; esta se denomina energía cinética y representa la capacidad de realizar trabajo en forma directa y se transfiere fácilmente de un objeto a otro. La energía potencial es la energía que posee un cuerpo debido a su posición o composición. El carbón, por ejemplo, posee energía química, una forma de energía potencial debido a su composición. Algunas plantas generadoras de electricidad utilizan carbón como combustible para producir vapor y en forma subsecuente energía eléctrica. Una roca que se encuentra en la cima de una montaña posee energía potencial de acuerdo a su altura. Cuando se despeña convierte su energía potencial en energía cinética. En este texto se estudia la energía debido a que todos los procesos químicos están acompañados de cambios de energía. Cuando desprenden energía hacia el medio circundante, generalmente en forma de energía calorífica, éstas reacciones se denominan exotérmicas, sin embargo, otras reacciones son endotérmicas, es decir, absorben energía del ambiente circundante. Energía cinética La energía cinética, la que posee un objeto que se mueve, se denomina en ocasiones “energía de movimiento” y depende de la masa del objeto y de su velocidad. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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A una velocidad específica, un objeto de masa mayor tiene más energía cinética que un objeto con menos masa. Por ejemplo, aun cuando viajan a la misma velocidad, un camión de cuatro ejes tiene mucha más energía cinética que un pequeño automóvil económico. Si consideramos dos objetos de igual masa, el que viaja a mayor velocidad posee más energía cinética. Esto ayuda a explicar la diferencia, por ejemplo, entre los daños que causa a un automóvil un choque con un árbol a 10 km/h y otro a 20 km/h. En general podemos definir energía como: La capacidad de realizar trabajo, además, no ocupa lugar en el espacio y no posee masa. Hasta aquí en todo el texto hemos usado el concepto masa, y en ningún caso peso. Estos términos suelen usarse en forma cotidiana como sinónimos. Pero, ¿para la ciencia que significan? Masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo Peso es la fuerza con la que un cuerpo es atraído por la gravedad terrestre. Debido a que la fuerza de gravedad no es la misma en todos los puntos de la tierra, el peso de una determinada masa será diferente en cada punto de nuestro planeta. 1.2 CALOR Y TEMPERATURA. ENERGÍA TERMICA Para pensar> ¿Por qué se siente caliente un pedazo de metal a 100 ºC, mientras que un cubo de hielo a 0°C se siente frío? Esto se debe a que la temperatura del metal es mayor que la temperatura de la mano, y la del cubo de hielo es menor. El calor fluye de forma espontánea del cuerpo caliente al más frío (nunca en dirección opuesta).Entonces la sensación de calor o frío dependerá si estamos tomando o perdiendo calor( ó sea de la dirección del flujo de energía) Transmisión del calor El calor puede transmitirse por cualquiera de tres mecanismos: Conducción, Convección y Radiación. Energía térmica: Los movimientos de las moléculas de una sustancia se incrementan al elevarse la temperatura de la misma. En general, la energía térmica se puede calcular a partir de mediciones de temperatura, mientras más vigoroso sea el movimiento de los átomos y moléculas en una muestra de materia, estará más caliente y mayor será su energía térmica. No confundir calor con temperatura La temperatura es una propiedad de los sistemas. El calor es una forma de energía en transito que solamente aparece al atravesar la frontera de un sistema durante un proceso. Por tanto, no debemos decir que los cuerpos tienen calor, pero sí es válido indicar que poseen una temperatura. Por lo mismo, es correcto decir que en un proceso fluyó calor en cierta dirección, pero la temperatura nunca fluye. La temperatura se mide en grados. El calor se mide en calorías o en julios (joules). El calor siempre fluye de los objetos que están a temperatura alta hacia los que tienen menor temperatura. Nunca se ha observado lo contrario, ni que exista un flujo neto de calor entre dos cuerpos a la misma temperatura. Calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas. Comúnmente se habla de flujo de calor del objeto caliente al objeto frío. El término calor en sí mismo implica transferencia de energía, por costumbre se utilizan términos como "calor absorbido" o "calor liberado" para describir cambios energéticos que ocurren durante un proceso. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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La temperatura se mide utilizando termómetros y si bien la unidad en el sistema internacional (SI) es el K (grado Kelvin), es muy común el grado Celsius o Centígrado (ºC) que se define subdividiendo en 100 partes iguales al intervalo de temperatura que va desde la fusión del hielo hasta la ebullición del agua. En esencia ambas escalas solo difieren en el cero: 0 ºC = fusión del hielo = 273.15 K
0 K = cero absoluto = - 273.15 ºC
por lo tanto se puede establecer la siguiente equivalencia: T (K) = t (ºC) + 273.15 La temperatura en la escala Kelvin se representa con la letra T (mayúscula) y se denomina Temperatura Absoluta. Cero Kelvin es la menor temperatura alcanzable. Allí nacen o terminan la escala termométrica absoluta. 1.3 FENOMENOS FÍSICOS, QUÍMICOS Y NUCLEARES La materia y la energía del Universo, se modifica constantemente. Es suficiente con mirar a nuestro alrededor para observar como un fuego se consume, el agua se evapora, nuestro cuerpo cambia de temperatura. Pero no todos estos cambios son iguales. Según las distintas características de estos cambios podemos clasificarlos en: físicos, químicos y nucleares. Se denominan fenómenos o cambios: Físicos, a aquel que produce un cambio en la materia del tamaño, forma, estado de movimiento o estado de agregación, producidos o acompañados por cambios energéticos pequeños. Químicos, a aquel que produce una o mas sustancias nuevas, las que poseen propiedades diferentes. Estos cambios van acompañados de absorciones o desprendimientos de energía mayores a los que se producen en los cambios físicos. Nucleares: a los que modifican la constitución del núcleo del átomo. Es frecuente que un elemento trasmute en otro. La cantidad de energía implicada en estos fenómenos es enorme. 1. Exprese con sus palabras lo que considera que ocurre en los siguientes fenómenos: a- combustión de un trozo de carbón b- se quema la cabeza de un fósforo c- decoloración de ropa con lavandina d- se apaga cal desprendiendo vapor y calor. 2. Veamos si existe diferencia entre los cambios anteriores y los siguientes: a- un trozo de hielo se funde b- un metal se dilata y se pone incandescente al fuego. c- un inflador se calienta al comprimir el gas dentro de la cámara de la bicicleta. d- un resorte o elástico se estira por efecto de una fuerza. Diga si en los siguientes hechos ocurren cambios químicos o físicos, o ambos. ¿Cuáles son de cada especie? a) la deformación de plastilina c) el horneado de un pastel e) Un golpe de raqueta
b) el calentamiento en un horno d) la corrosión de un metal f) la combustión de alcohol
1.4 PROPIEDADES DE LA MATERIA Los distintos materiales se diferencian gracias a ciertas cualidades que afectan en forma directa o indirecta nuestros sentidos y que se denominan propiedades físicas. Estas propiedades pueden medirse y observarse sin que se modifique la composición de la materia. Las propiedades extensivas, depende de la cantidad de materia analizada. Si la cantidad de materia se modifica, se modifica en forma proporcional la propiedad extensiva. Entre las propiedades extensivas, además de la masa podemos mencionar el volumen (que se define para una presión y una temperatura determinadas), el calor acumulado por un cuerpo, etc. Las propiedades extensivas son aditivas. Las propiedades intensiva, no depende de la cantidad de materia analizada, y constituye una característica específica de la materia. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Entre las propiedades intensivas se encuentran: La densidad, que es la relación entre masa y volumen en condiciones de presión y temperatura determinadas. El índice de refracción, que es el cociente entre la velocidad de propagación de la luz en esa sustancia y la velocidad en un medio de referencia. Las temperaturas a las cuales ocurren los cambios de estado (a una presión determinada): el punto de fusión, que es la temperatura a la cual coexisten en equilibrio el estado sólido y el estado líquido, y en el punto de ebullición, coexisten en equilibrio el estado líquido y el estado gaseoso. La dureza de los sólidos, que es la resistencia de un cuerpo a ser rayado o cortado. La tensión superficial, referida a los líquidos, que es la cantidad de energía que se requiere para extender o aumentar la superficie de u líquido por unidad de área. Las propiedades intensivas no son aditivas. Por ejemplo, si registran el punto de ebullición del agua contenida en dos recipientes, y luego juntan el agua de los dos en uno solo y vuelven a registrar el punto de ebullición, éste no cambia. Entonces, a fin de caracterizar un sistema material definiremos dos tipos de propiedades: Propiedades extensivas: todas aquellas que dependen de la cantidad de masa considerada. Propiedades intensivas: todas aquellas que no dependen de la cantidad de masa considerada. 1.5 ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Dibuja en una tabla un ejemplo de un sólido, líquido y gas tomados de la vida cotidiana (visión macroscópica). Luego dibuja cómo te imaginas se encuentran dispuestas las partículas en el interior de ese sólido, líquido y gas (visión microscópica). 1.6 CAMBIOS DE ESTADO Para leer y resumir> Muchas veces en nuestra vida hemos observado como hierve un líquido, desaparece con el tiempo una bolita de naftalina, o se solidifica un metal. En todos estos fenómenos físicos siempre existe una sustancia que pasa de un estado de agregación a otro. Cuando un líquido hierve decimos que se vaporiza( pasa del estado líquido al gaseoso), en el segundo ejemplo, la naftalina pasa directamente del estado sólido la gaseoso( se volatiliza). En el caso del metal al solidificarse pasa del estado líquido al sólido. En todos estos casos decimos que se produce un cambio de estado, el que siempre va acompañado de un desprendimiento o absorción de energía, aunque siempre la temperatura del sistema permanece constante. CURVA DE CALENTAMIENTO La curva de la figura se denomina curva de calentamiento.
T (°C) D B
E
C
Así podemos definir: Punto de fusión es la temperatura que un sólido se transforma en líquido a una presión constante de 1 atm.( una atmosfera).
A
t (tiempo)
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PROPIEDADES DE LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN. La materia esta formada por partículas, y estas se mantienen unidas por fuerzas electrostáticas. O sea, fuerzas intermoleculares de carácter eléctrico. Estas fuerzas pueden ser de atracción o repulsión: dependiendo de la intensidad de dichas fuerzas, la materia se presenta en los tres estados vistos anteriormente y poseen las propiedades que se muestran en el siguiente cuadro.
Fuerzas de atracción Fuerzas de repulsión Orden Fluidez* Forma propia Volumen compresibilidad
SOLIDO Intensa Nula Perfecto Nula Si posee Si posee nula
LIQUIDO Medias Medias Medio Media No posee Si posee escasa
GASEOSO Nulas Intensas Nulo Alta No posee No posee Alta
1.8 SISTEMAS MATERIALES. ¿Cómo se estudia la materia? Es evidente que resulta imposible estudiar en forma simultánea todo lo que nos rodea. Necesitamos aislar de modo real o imaginario un conjunto de objetos, o uno de ellos o una fracción para su estudio detenido y minucioso. Así, analizamos el agua de un vaso, un cubito de hielo, la sal de mesa, el aceite, el aire, el alcohol, un trozo de granito, una porción de arena, un pedazo de madera. Entonces, podemos definir: Sistema material como toda porción del universo de masa que se aísla en forma real o imaginaria para su estudio experimental. 1.9 TIPOS DE SISTEMAS MATERIALES (SM) En general, los SM pueden intercambiar materia y/o energía con el medio que los rodea. Así por ejemplo, una olla con agua hirviendo modifica la temperatura y la humedad de la habitación donde se encuentra. Según el tipo de intercambio, los sistemas pueden ser: Sistema
Intercambia materia
Intercambia energía
Abierto
Si
Si
Cerrado
No
Si
Olla de agua hirviendo sin tapar Olla de agua hirviendo tapada
Aislado
No
No
Termo
Ejemplo
1.10 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS MATERIALES Los sistemas materiales pueden ser clasificados en dos grandes grupos: los sistemas materiales homogéneos los sistemas materiales heterogéneos En los sistemas heterogéneos pueden diferenciarse fases, es decir, porciones en las cuales los valores de las propiedades intensivas resultan constantes. Las fases se encuentran separadas entre sí por límites virtuales llamados interfases. Un sistema material puede tener una o varias sustancias, que se denominan componentes. Si tiene un solo componente, se trata de una sustancia, y si tiene varios, de una mezcla. Al analizar las propiedades intensivas de un sistema se observa que: si las propiedades intensivas son las mismas en cualquier parte del sistema, se trata de un sistema homogéneo. Por ejemplo, un terrón de azúcar o el agua de la canilla. Si las propiedades no son _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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constantes en todos los puntos, se trata de un sistema heterogéneo. Por ejemplo una mezcla de arena y cemento. Entonces, se puede decir que: fase es cada uno de los sistemas homogéneos que constituyen un sistema heterogéneo. 1.11 ELEMENTOS, ATOMOS Y MOLÉCULAS Las partículas grandes y pequeñas En nuestro abecedario existen unas pocas letras, pero con ellas construimos una enorme variedad de palabras. Así ocurre con los átomos. Existen algo más de 100 átomos diferentes, pero con ellos se construye una gran variedad de sustancias. Toda la materia del mundo que nos rodea está formada por elementos y la mayoría de las sustancias contienen varios elementos en combinación. En el lenguaje químico, cada vez que se hace referencia a los átomos de oxígeno, se utiliza el símbolo O, para el sodio es Na y para los átomos de plata usamos Ag. Es necesario advertir las importantes diferencias entre "molécula" y "compuesto", dos términos que a menudo se usan como sinónimos pero que no necesariamente tienen el mismo significado. Un compuesto es una sustancia formada por átomos de dos o más elementos, mientras que una molécula es una unidad de una sustancia formada por dos o más átomos del mismo elemento o de diferentes elementos. Completa la siguiente tabla Fórmula O3 H2 O CO2 H2
Nombre ozono Agua Dióxido de carbono Hidrógeno
CO
Monóxido de carbono
S8 H2SO4
Azufre Ácido sulfúrico
Tipo de molécula
Esquema de la molécula
SUSTANCIAS PURAS, COMPUESTOS Y MEZCLAS Elementos y compuestos Al examinar los cambios químicos de la materia se observan una serie de sustancias fundamentales llamados elementos. Estos no pueden descomponerse en sustancias más sencillas por métodos químicos. Algunos ejemplos de elementos son: hierro, aluminio, oxígeno e hidrógeno. Debido a que los compuestos están formados por elementos, pueden descomponerse en ellos mediante cambios químicos: COMPUESTOS ELEMENTOS Cada elemento está constituido por un tipo especial de átomos: una muestra de aluminio puro esta constituido únicamente de átomos de aluminio. Algunos elementos están constituidos moléculas; por ejemplo él hidrógeno gaseoso contiene moléculas H-H (que suele representarse como H2) y él oxígeno gaseoso contiene moléculas O-O (O2). Sin embargo, cualquier muestra pura de un elemento contiene únicamente átomos de dicho elemento, nunca de otro elemento. Un compuesto siempre contiene átomos de elementos diferentes. Por ejemplo, el agua contiene átomos de hidrógeno y de oxígeno y siempre hay exactamente el doble de átomos de hidrógeno porque el agua consta de moléculas H-O-H
Mezclas y sustancias puras Prácticamente toda la materia que nos rodea consta de mezclas de sustancias. Por ejemplo, el aire que respiramos es una mezcla compleja de gases como oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono y vapor de agua,. Una mezcla se caracteriza por tener composición variable. Por otra parte una sustancia pura, siempre tiene la misma composición. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos. Las propiedades de una sustancia pura hacen posible identificarla con toda claridad. Ahora prepara una mezcla con sus “ingredientes" y determina la concentración de los mismos _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Ingredientes
Cantidad
unidad
Proporción (en %)
Ahora bien, si se alteran las proporciones de los ingredientes ¿seguirá siendo una mezcla? Entonces ¿cómo podemos definir una mezcla? Una mezcla es la “unión” de varias sustancias pero con composición variable.
A partir de una mezcla se pueden obtener por métodos físicos sustancias puras y a partir de las sustancias puras compuestas aplicando métodos químicos se pueden obtener sustancias puras simples. 1.12 SOLUCIONES. SOLUTO. SOLVENTE La palabra solución para los químicos describe lo que sucede por ejemplo entre el azúcar y el té. En las palabras de los químicos decimos que cuando un material cualquiera se mezcla con un líquido y se forma un sistema homogéneo, este sistema es una solución (o disolución). Una idea útil para comprender que es lo que ocurre cuando los materiales se mezclan y forman una solución (¿desaparece el azúcar? Disolver un material es una forma de separar sus partículas. ¿Cómo se denomina a cada uno de los componentes de este sistema? El componente que está en exceso se denomina disolvente. El, o los componentes que se encuentran en menor proporción se denominan solutos. 1.13 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS HOMOGÉNEOS. De acuerdo a lo visto hasta el momento podríamos distinguir tres tipos de sistemas homogéneos: Soluciones: sistemas constituidos por dos o más componentes, de composición variable, que solo es fraccionable por métodos físicos. Elementos: esta constituido por un solo tipo de átomos, posee propiedades físicas y químicas características. Compuestos o sustancia pura: posee una composición definida, no es fraccionable y sus propiedades físicas son invariables. Marque con una cruz la respuesta correcta: Cuando en un sistema material existe superficie de separación es: * homogéneo * heterogéneo La destilación es un método utilizado para: * separar fases * fraccionar una fase * descomponer una fase Los sistemas homogéneos son aquellos que constan de: * una fase * dos o más fases * dos fases
* varias fases
Los sistemas heterogéneos son aquellos que constan de: * una fase * dos o más fases * dos fases
* varias fases
*combinar fases
Dibuja un esquema del sistema material formado por: trozos de hielo, agua salada y clavos Escribe el nombre de las fases Indica el número de fases y componentes Clasifica el sistema material Lee con atención los siguientes sistemas materiales y coloca en el paréntesis la letra que corresponda: salmuera con cristales de sal ( ) agua con trozos de hielo ( ) A: sistema homogéneo agua ( ) _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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un litro de salmuera ( ) B: sistema heterogéneo granito ( ) Escribe tres ejemplos de SM homogéneos y heterogéneos indicando en cada caso número de fases y número de componentes. 1.14 CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS HETEROGÉNEOS Los sistemas heterogéneos también pueden ser denominados como sistemas dispersos o dispersiones. La fase que contiene a las otras se denomina fase dispersante (también en algunos casos se habla de solución o solvente), mientras que las demás se denominan fase dispersa y generalmente se encuentra en menos proporción. Para clasificar estos sistemas debemos considerar el tamaño de las partículas de la fase dispersante 1.14.1 Dispersiones En una mezcla homogénea ó aparentemente homogénea, por lo general existe una sustancia que esta presente en mayor cantidad, y otra ú otras, que se encuentran en menor proporción, dispersas en la primera. Estos dos componentes se conocen como, sustancia dispersora y sustancias dispersas. En base al tamaño de las partículas de la fase dispersa podemos clasificar las dispersiones en disoluciones, coloides y suspensiones. Disoluciones, se denominan así las diluciones homogéneas cuyas partículas dispersas poseen el tamaño de átomos ó moléculas; el componente en exceso se denomina disolvente, y el que se encuentra en menor proporción se llama soluto. Según el estado de agregación, las disoluciones pueden ser sólidas, líquidas ó gaseosas. Fase dispersante gaseosa
Fase dispersa gaseosa líquida sólida
líquida
gaseosa líquida sólida
sólida
gaseosa líquida sólida
Ejemplo
1.14.2 Coloides Cuando las partículas de una mezcla homogénea tiene aproximadamente un tamaño entre 10 a 10.000 veces mayor que el de un átomo, se dice que tenemos un sistema coloidal, denominándose fase dispersante al disolvente y fase dispersa al soluto. Estas dispersiones mucha veces poseen partículas que por su tamaño no sedimentan, ni pueden ser separadas por los filtros comunes, por lo que son homogéneas y pueden confundirse con las disoluciones. Una diferencia importante es el hecho que presentan el efecto Tindal, o sea las partículas dispersas son capaces de refractar la luz. Si la fase dispersa es un líquido inmisible, en forma de pequeñas gotas, la dispersión coloidal se denomina emulsión. 1.14.3 Suspensiones Se habla de suspensiones cuando las partículas tiene un tamaño mayor al de los coloides por ejemplo arena ó aserrín en agua. Cuando la fase dispersa es insoluble y su tamaño lo suficientemente grande como para diferenciarse de las dispersiones coloidales. Estos sistemas son heterogéneos y pueden ser separados fácilmente por filtración.
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1.15 PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES, LOS COLOIDES Y LAS SUSPENSIONES. PROPIEDADES
DISOLUCION
COLOIDE
SUSPENSION
Tamaño de la partícula
< que 1 nm
de 10 a 10.000 nm
> que 10.000 nm
Homogeneidad Acción de la gravedad
Homogénea No sedimenta
En el límite Puede sedimentar
Heterogénea Sedimenta
Filtrabilidad Ejemplos sanguíneos
No filtrable Sal Urea
No filtrable Albúmina Fibrinógeno
Filtrable Células rojas Células blancas
1.16 METODOS DE FRACCIONAMIENTO Y SEPARACION Existen diferentes métodos físicos utilizados para separar fases o componentes en los sistemas materiales. Estos se clasifican en: Métodos de separación de fases en sistemas heterogéneos Métodos de separación de componentes en sistemas homogéneos 1.16.1 Métodos de separación de componentes en sistemas homogéneos Destilación: los distintos tipos de destilación consisten en calentar el sistema hasta el punto de ebullición, evaporándose los componentes que se separan por condensación de los vapores. Según el tipo de solución que se someta a ebullición pueden distinguirse: Destilación Simple: lo que interesa obtener es el líquido puro que se evapora, el resto de los componentes son sólidos no volátiles. Ejemplo destilación del agua de río para separarla de sus sales. Destilación Fraccionada: sirve para separa líquidos aprovechando la diferencia entre sus puntos de ebullición. Ejemplo destilación del petróleo Cristalización: consiste en evaporar el líquido que posee disuelto la sustancia o compuesto que se quiere obtener puro. Al evaporarse el solvente el compuesto se cristaliza. Extracción con solventes: se utiliza la diferencia de solubilidades de un sólido en dos solventes inmiscibles. Ejemplo: se extrae una sustancia orgánica como un pesticida disuelto en agua, aprovechando su mayor solubilidad en un solvente orgánico como hexano. Se debe conocer el coeficiente de reparto par un determinado solvente, a una temperatura constante. Métodos Cromatográficos: puede ser sólida-líquida, líquida-líquida- ó gas-sólido. Siempre existe una fase que permanece estacionaria y otra denominada fase móvil, esta última arrastra los compuestos a separar a través de la fase estacionaria. La separación se produce debido a la diferencia de adsorción de los componentes respecto de la fase estacionaria. O a la diferencia en el coeficiente de reparto de los componentes a separar. Se utiliza para separar sustancias muy complejas, o muy parecidas, o que se pueden destruir por los métodos tradicionales. 1.16.2 Métodos de separación de componentes en sistemas heterogéneos Tría: consiste en la separación mecánica de los componentes de una mezcla grosera. Ejemplo: sacar con la mano o pinza los hielos de un vaso Tamización: se utiliza cuando se tiene sólidos de diferente granulometria. Ejemplo: separación del ripio y la arena, o arena gruesa y arena fina. Disolución: El compuesto a separar no es soluble, o posee una solubilidad muy distinta al líquido que se utiliza para disolver los componentes no deseados. Ejemplo separación de arena y sales disolviendo con agua las segundas. Sublimación: por calentamiento suave se volatiliza una de los componentes. Al enfriarse los vapores obtenidos la sustancia se sublima obteniéndosela pura. Ejemplo separación de naftalina de otros compuestos. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Filtración: se separa un sólido de un líquido haciéndolo pasar por una pared porosa denominada filtro. Ejemplo separación de tierra y agua Decantación: se separa un sólido de un líquido aprovechando el afecto de la gravedad sobre las partículas de sólido. Deben ser lo suficientemente grandes para depositarse en el fondo del recipiente. Ejemplo separación de tierra y agua. También se pueden separar dos líquidos que no son miscibles, ejemplo: agua y aceite utilizando una ampolla de decantación. Centrifugación: separa un sólido de un líquido o un líquido de un sólido aprovechando el afecto de la gravedad sobre las partículas de sólido. Al centrifugar disminuye el tiempo de decantación. Ejemplo secado por centrifugado de ropa, separación de glóbulos blancos del suero de la sangre. Levigación: consiste en la separación de una sustancias sólidas en polvo con agua, de otras de mayor granulometría ó más densas. Flotación: se utiliza para separar sólidos. Ejemplo aserrín de otras impurezas Imantación: se utiliza para separar sólidos uno de los cuales posee propiedades magnéticas. Extracción, filtración y evaporación: se usa para separar dos sólidos, uno soluble en un solvente y otro que no lo es. Ejemplo: Se tiene una sal como el sulfato de cobre mezclado con arena, se disuelve la sal en agua, se filtra y el filtrado se evapora a sequedad obteniendo el sulfato de cobre puro. Lee cuidadosamente e indica la cantidad de fases y componentes de cada sistema material. tinta china .................................................... gelatina ......................................................... gotas de aceite dispersas en agua............................ agua de río filtrada .................................................. polvo de tiza en agua con alcohol ............................ Proponga un sistema heterogéneo formado por: 4 fases y 3 componentes b-
3 fases y 4 componentes
Lea atentamente el listado de métodos de la columna de la derecha y una con una flecha, cada uno de ellos, a la clases de la columna de la izquierda que le corresponde: Métodos Decantación Filtración Destilación
Clase
Método de separación de fases
Tamización Flotación Cromatografía
Método de separación de componentes
Cristalización Centrifugación Un sistema material formado por vapor de agua, dos litros de agua líquida y ocho gramos de carbón en polvo, está constituido por: ¿cuántas fases y cuántos componentes? Lea atentamente las dos listas detalladas a continuación. Coloque en el paréntesis de cada sistema heterogéneo, el número del método más apropiado para separar las fases que constituyen dicho sistema: Sistemas heterogéneos Métodos separativos Azufre en polvo y limaduras de hierro ( ) Arena y corcho molido ( ) Agua y arena ( ) Arena y sal común ( )
1-Flotación 2-Decantación 3-Magnetismo 4-Tamización 5-Disolución
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Completa o tacha según corresponda: a) no pueden descomponerse en sustancias más sencillas por métodos químicos. b) Cierto elementos tienen afinidades especificas hacia otros. Esto ocasiona que se unan entre sí de manera especial para formar ------------------------c) Un compuesto siempre tiene una (misma/distinta) composición y una combinación de átomos (variable/ igual) d) Una muestra pura de ------------------------- contiene un solo tipo de átomos. Los compuestos pueden descomponerse en --------------------------- por cambios químicos. f) Las propiedades de un compuesto suelen ser (muy distintas/ muy similares) a las de los elementos que lo constituyen. Teniendo en cuenta las siguientes expresiones: 1- sistema heterogéneo 4- sistema homogéneo 2- sustancia pura 5- sustancia compuesta 3- elemento químico 6- sustancia simple Busca el concepto que sigue que esta relacionado con cada expresión y ubique en el paréntesis él número que corresponde: ( ) Moléculas formadas por distintas clase de átomos. ( ) Sustancia constituida por moléculas iguales. ( ) Sistema material constituido por una sola fase. ( ) Moléculas formadas por átomos de la misma especie. ( ) Sistema material formado por dos o más fases. ( ) Unidades químicas fundamentales a partir de las cuales se forman distintas sustancias. Clasifique como sistema heterogéneo, soluciones, sustancias puras elementos y compuesto . . según corresponda: + agua de mar * gasolina + mercurio * bicarbonato de sodio + un trozo de níquel * vapor de agua + aderezo para ensalada * una tableta de vitaminas Completa las siguientes frases: solidificación es el pasaje de ............................. a ............................... licuación es el pasaje de .....................................a ............................... vaporización es el pasaje de ...............................a ............................... sublimación es el pasaje de ................................a ............................... fusión es el pasaje de .........................................a ............................... Indica que método utilizarías para separar los siguientes sistemas: Dos fases sólidas de distinto tamaño Dos líquidos miscibles de puntos de ebullición diferentes Una fase sólida dispersa en un líquido. Dos fases líquidas no miscibles entre si y puntos de ebullición similares. Se destila un sistema homogéneo y se recogen varias muestras: ¿Cómo se denomina el sistema si? Las propiedades intensivas de todos los sistemas son iguales. ............................................. Las propiedades intensivas del sistema inicial y finales son diferentes. ............................... Señale la opción que indique dos propiedades extensivas a) Volumen b) punto de solidificación c) masa d) peso e) gusto f) densidad ayb 2-a y c 3- b y c 4- a y f 5- b y c _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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