2
Les mescles MESCLES
Substàncies pures
formades per
tipus
Homogènies
Col·loides
Heterogènies mètodes de separació
• Decantació • Tamisatge • Filtració
• Centrifugació • Imantació • Sublimació
mètodes de separació
component minoritari
Medi de dispersió
Fase dispersa
• % en massa • % en volum • Concentració en massa
s’anomenen
Dissolucions
• Evaporació • Cristal·lització • Destil·lació • Extracció • Cromatografia
• Miscible • Immiscible
component majoritari
s’expressa component minoritari
si és un líquid pot ser
component majoritari
poden ser
Concentració depenent de
Solut
Dissolvent
Diluïdes
aigua
Concentrades hi ha substàncies
• Solubles • Insolubles
Dissolucions aquoses
Solubilitat
Saturades o sobresaturades
Máxima
19
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 19
22/02/11 18:47
2
Les mescles
Una mescla és un sistema material format per diversos components que conserven les propietats que tenien abans de ser barrejats. Els components d’una mescla s’anomenen substàncies pures. La matèria es presenta quasi sempre en forma de mescles. Algunes mescles són molt complexes, com la majoria que formen part dels éssers vius (per exemple, la sang), i d’altres són molt més senzilles, com ara l’aire. Segons el seu aspecte, les mescles poden ser: Mescles heterogènies. No presenten un aspecte uniforme, ja que els seus components es poden distingir a ull nu. La composició, per tant, no és la mateixa en tots els punts de la mescla, i les propietats també varien, ja que els components de la mescla conserven les seves propietats característiques. Exemples: el granit (que és una mescla de sòlids: quars, feldspat i mica), l’aigua amb oli i l’aigua amb sorra. Mescles homogènies. Presenten un aspecte homogeni, ja que els seus components no es poden distingir a ull nu ni tampoc amb un microscopi òptic. En tots els punts de la mescla la composició és la mateixa i, per tant, les propietats també són iguals. Exemples: els aliatges que són mescles sòlides formades per metalls, com ara el bronze (coure i estany) o també per metalls i no metalls, com ara l’acer (ferro i carboni). També són mescles homogènies l’aire i l’aigua de mar. Les mescles homogènies també s’anomenen dissolucions o solucions. El component majoritari s’anomena dissolvent (en l’aigua de mar és l’aigua), i el minoritari, solut (en l’aigua de mar són les sals que hi ha dissoltes). Un dissolvent té capacitat per dissoldre algunes substàncies, però en canvi no pot dissoldre’n d’altres (substàncies insolubles). L’aigua és el dissolvent que més substàncies pot dissoldre. Les dissolucions en què el dissolvent és l’aigua s’anomenen dissolucions aquoses. Col·loides. Són mescles que tenen aspecte uniforme, homogeni, però en què es poden distingir els components si s’observen amb un microscopi d’alta resolució. En els col·loides, el component majoritari s’anomena medi de dispersió i el minoritari, fase dispersa (les partícules tenen una mida molt petita, entre 1027 i 1029 m). Tipus Aerosol
Medi de dispersió Gas
Fase dispersa
Exemples
Sòlid
Fum
Líquid
Esprai, boira
Emulsió
Líquid
Líquid
Maionesa, llet, cremes
Escuma
Líquid
Gas
Clara d’ou batuda, nata muntada, escuma dels cabells
Sòlid
Gas
Pedra tosca
Taula 2.1. Tipus de col·loides.
Quan petites partícules d’un sòlid queden suspeses en un líquid i l’enterboleixen es produeix un tipus de mescla heterogènia que s’anomena suspensió. Si la mescla queda en repòs, les partícules acabaran dipositant-se al fons del recipient. 20
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 20
22/02/11 18:47
Les mescles
2
Element
Substància pura Compost
Aspecte uniforme, homogeni
Substància (matèria)
Mescla homogènia de substàncies pures o dissolució
Solut Dissolvent
Col·loide (aspecte no uniforme amb microscopi d’alta resolució)
Aspecte no uniforme, heterogeni
Mescla heterogènia
La solubilitat és la capacitat d’un solut de dissoldre’s en un dissolvent determinat. S’indica amb els grams que com a màxim es poden dissoldre en una quantitat de dissolvent. Un solut pot ser soluble en un dissolvent i insoluble en un altre. Per exemple, la sal de cuina (NaCl) és soluble en aigua, però no tant en etanol (alcohol). Quan el dissolvent i el solut són líquids, diem que són miscibles si són solubles l’un en l’altre, i immiscibles si no ho són. Així, l’aigua i l’etanol són miscibles, però l’aigua i la benzina són immiscibles entre si. La concentració d’una dissolució és la proporció entre la quantitat de solut i la de dissolvent. Segons la proporció de solut, una dissolució pot ser: Diluïda: si conté poca quantitat de solut respecte a la de dissolvent. Concentrada: si conté una gran quantitat de solut respecte a la de dissolvent. Saturada: si conté la màxima quantitat de solut possible respecte a la de dissolvent i a una temperatura determinada. Una dissolució diluïda pot estar saturada si és molt poca la quantitat de solut que permet o accepta el dissolvent. Sobresaturada: si conté una quantitat de solut més gran que la que teòricament li correspon a la temperatura a la qual es troba. Això es pot aconseguir preparant una solució en calent i deixant-la refredar lentament. Aquesta solució és inestable i tard o d’hora l’excés de solut acaba precipitant-se al fons del recipient. 21
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 21
22/02/11 18:47
2
Les mescles
Les unitats que s’utilitzen per expressar la concentració d’una dissolució són: Tant per cent en massa (% m). Indica la massa d’un solut que hi ha dissolta en 100 g de dissolució. grams de solut c (% m) 5 –––––––––––––––––––– ? 100 grams de dissolució Tant per cent en volum (% V ). S’utilitza quan el solut i el dissolvent són líquids o gasos. Indica el volum de solut que hi ha en 100 unitats de volum de dissolució. litres de solut c (% V ) 5 –––––––––––––––––– ? 100 litres de dissolució Concentració en massa (g/L). Indica la quantitat de grams de solut que hi ha dissolts en un litre de dissolució. grams de solut c (g/L) 5 –––––––––––––––––– litres de dissolució
En pujar la temperatura, en general, la solubilitat d’un sòlid augmenta. En canvi, la solubilitat d’un gas generalment disminueix. Els components d’una mescla es poden separar perquè tenen diferents propietats físiques. Existeixen diversos mètodes de separació de mescles. Separació dels components de mescles heterogènies:
AgNO3
140
NaNO3
120
100
Concentració
Les corbes de solubilitat són gràfics on es representa com varia amb la temperatura la solubilitat d’una substància en un determinat dissolvent. A l’eix vertical es representa la solubilitat: els grams de solut que es poden dissoldre en 100 g de dissolvent. A l’eix horitzontal es mostra la temperatura.
80
KNO3 60
KCl 40
NaCl 20
0 0
20
40 60 Temperatura ( °C )
80
100
Fig. 2.1. Corba de solubilitat de diferents sals en aigua.
Decantació. Es pot utilitzar per separar mescles de líquids i sòlids insolubles o de líquids immiscibles. Cal deixar reposar la mescla perquè els components se separin. Tamisatge. Consisteix a separar partícules de sòlids d’acord amb la seva mida. S’utilitzen tamisos elaborats amb teles metàl·liques que tenen diferents mides de porus. 22
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 22
22/02/11 18:47
Les mescles
2
Filtració. S’utilitza per separar els sòlids insolubles en un líquid. Es basa en la diferent mida de les partícules dels components de la mescla. El mètode més senzill consisteix a passar la mescla per un filtre de paper col·locat sobre un embut. Extracció. Aquest procediment es basa en la diferent solubilitat que tenen les substàncies d’una mescla en un dissolvent aliè que és afegit. A continuació cal filtrar la mescla obtinguda. A través del paper passarà el dissolvent afegit amb el sòlid dissolt i al filtre quedaran retinguts els components insolubles. Centrifugació. Consisteix a introduir la mescla en un tub que es fa girar a gran velocitat dins d’un aparell anomenat centrifugadora. La substància més densa es diposita al fons del recipient i forma un sediment. Imantació. Aquest sistema es basa en la propietat que tenen alguns materials de ser atrets per imants. Es realitza passant l’imant per sobre de la mescla, de forma que atreu les partícules ferroses i les separa de la resta. Sublimació. Es pot utilitzar per separar un sòlid volàtil d’una mescla de sòlids. Un sòlid volàtil és el que en escalfar-se es converteix directament en gas, sense passar per l’estat líquid. Separació dels components de mescles homogènies: Evaporació. Consisteix a escalfar una mescla per tal d’eliminar el component líquid volàtil i obtenir el sòlid no volàtil que hi ha dissolt. És el mètode utilitzat a les salines per obtenir sal a partir d’aigua de mar. Cristal·lització. S’utilitza per purificar substàncies solubles, preparant dissolucions saturades en calent i després deixant-les refredar. El dissolvent s’evaporarà lentament i el solut anirà cristal·litzant al fons del recipient, anomentat cristal·litzador. Destil·lació. S’utilitza principalment per separar mescles homogènies de líquids. Es basa en la diferència dels punts d’ebullició que tenen els líquids que formen una mescla. S’escalfa la mescla fins que el component amb el punt d’ebullició més baix es vaporitza. En passar per un tub refrigerat, aquest vapor es condensa i se’n recull el líquid resultant en un recipient. Termòmetre Sortida d’aigua Refrigerant Matràs de destil·lació Mescla
Component de la mescla
Reixeta Bec Bunsen Entrada d’aigua
Fig. 2.2. Muntatge d’un aparell de destil·lació.
23
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 23
22/02/11 18:47
2
Les mescles
Extracció. Com la destil·lació, es pot utilitzar per separar components de mescles homogènies líquides, però també per separar sòlids dissolts o per separar substàncies líquides miscibles que no se separen per destil·lació. S’afegeix a la mescla un dissolvent en el que algun component sigui soluble. Així, aquest component queda separat de la mescla. Cromatografia. Aquest procediment es basa en la diferent mobilitat que tenen els components d’una dissolució quan són arrossegats per un dissolvent a través d’un suport format per un medi porós; com per exemple, paper de filtre. Els diagrames de separació representen tots els passos que cal seguir per separar els components d’una mescla. És un esquema en el qual es va indicant per ordre cada mètode que s’utilitza i el component que se separa. Exemple: separació d’una mescla de sorra, sal i serradures. Sorra, sal i serradures
1 aigua destil·lada
FILTRACIÓ
Filtrat
Residu
Sorra i serradures
Sal 1 aigua EVAPORACIÓ o CRISTAL·LITZACIÓ
1 aigua destil·lada
DECANTACIÓ Sal
Líquid sobrenedant
Serradures 1 aigua
Sediment
Sorra
FILTRACIÓ
Serradures 24
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 24
22/02/11 18:47
Les mescles
2
Activitats 1. Classifica les matèries següents en homogènies i heterogènies, observant-les a ull nu. Roca granítica, basalt (roca ígnia formada per diferents minerals), argila en aigua, bronze, llet, acer, aigua de mar, colònia, gasosa, pintures per pintar la casa, sabó, medicament.
......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... Hi haurà algun canvi en la teva classificació si observes les mateixes matèries amb el microscopi d’alta resolució?
......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 2. Classifica les matèries següents en un dels tipus de col·loides. Esprai desodorant, boira, clara d’ou batuda, maionesa, nata, fum, cremes hidratants, escuma dels cabells. Aerosol
Emulsió
Escuma
3. Busca informació sobre els components dels aliatges següents: Acer: ................................................................................................................
......................................................................................................................... Alpaca: ......................................................................................................
......................................................................................................................... Bronze: .................................................................................................
......................................................................................................................... 25
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 25
22/02/11 18:47
2
Les mescles
Duralumini: .....................................................................................................
......................................................................................................................... Invar: ...........................................................................................................
......................................................................................................................... Zamak: ..........................................................................................................
......................................................................................................................... 4. Calcula el volum d’etanol que hi ha en una ampolla de 250 mL d’alcohol de farmàcia, que és de 96 % vol.
a) Calcula el volum d’aigua que hi ha en la mateixa ampolla.
b) Calcula la quantitat d’aigua si considerem que la seva densitat és d’1 g/mL.
5. A l’envàs d’un xarop infantil es pot llegir: Composició Cada 100 mL contenen: Ibuprofèn: 100 mg Sacarosa, benzoat de sodi, glicerol i altres excipients.
Si un infant pren una cullereta d’un volum de 5 mL de xarop, quina quantitat d’ibuprofèn està ingerint?
26
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 26
22/02/11 18:47
Les mescles
2
6. En un sobre d’un medicament s’indica: Composició per sobre: Ibuprofèn: 600 mg Laurilsulfat de sodi, sacarina sòdica, carbonat de sodi anhidre, lactosa anhidra i altres excipients.
La dosi diària recomanada és de 1.200 mg d’ibuprofèn, repartits en dues preses. a) Si el pes del contingut del sobre és 1,5 g, quin és el percentatge en massa d’ibuprofèn?
b) Quants sobres cal prendre al dia per ingerir la dosi diària?
c) Si ens haguéssim de prendre la dosi diària per a un adult utilitzant el xarop infantil de l’exercici anterior, quin volum hauríem de prendre?
7. Una marca de cervesa conté 4,8 % V d’etanol i una altra marca diferent conté un 3,5 % V. a) Quina quantitat d’etanol conté un got de 250 mL de la marca que conté un 4,8 % V d’etanol?
27
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 27
22/02/11 18:47
2
Les mescles
b) Quina quantitat de la segona (3,5 % V ) conté la mateixa quantitat d’etanol que el got de la primera (4,8 % V )?
8. El nicrom és un aliatge compost per un 80 % de níquel i un 20 % de crom. És de color gris i molt resistent a la corrosió, amb un punt de fusió proper als 1.400 °C. Per la seva resistència al pas del corrent i la difícil oxidació a temperatures elevades, s’utilitza per confeccionar resistències de calefactors, assecadors de cabell, forns elèctrics i torradores. a) Si la bobina de l’assecador és de nicrom i té una massa de 25 g, quina quantitat de níquel conté?
b) I de crom?
9. Una aigua oxigenada comercial es ven en envasos de 250 mL i la composició indica que per 100 mL de dissolució conté 3 g de peròxid d’hidrogen. a) Quina és la composició en g/L?
b) Quina quantitat en grams de peròxid d’hidrogen hi ha en l’ampolla?
28
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 28
22/02/11 18:47
Les mescles
2
10. El peròxid d’hidrogen es troba en molts productes domèstics per a usos medicinals i com a blanquejant per a la roba i els cabells. Les indicacions de seguretat pel peròxid d’hidrogen són: El peròxid d’hidrogen que esquitxi la pell pot provocar irritació i butllofes; fins i tot un breu contacte pot blanquejar la pell. L’exposició al peròxid d’hidrogen necessita que s’esbandeixi immediatament la pell amb grans quantitats d’aigua. L’exposició prolongada pot provocar cremades tèrmiques o químiques que precisin d’atenció mèdica. Mulli completament la roba contaminada i retiri-la del contacte amb el cos. Com és que el peròxid d’hidrogen es ven per posar-lo sobre de la pell amb el nom d’aigua oxigenada, per netejar lents de contacte o canviar de color el cabell?
......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 11. Contesta a les qüestions següents observant les corbes de solubilitat del resum teòric. a) Quina quantitat màxima de NaNO3 es pot dissoldre en 100 g d’aigua a 80 °C?
.................................................................................................................... b) I a 20 °C?
.................................................................................................................... c) Quina quantitat màxima de NaNO3 es pot dissoldre en 80 g d’aigua si la temperatura és de 80 °C?
d) Què passaria si primer es dissol la major quantitat possible de NaNO3 en 100 g d’aigua i després es refreda la dissolució fins a 20 °C?
.................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... e) Indica quina és la sal que té una major solubilitat a: 20 °C: ........................................................................................................... 50 °C: ........................................................................................................... 90 °C: ........................................................................................................... 29
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 29
22/02/11 18:47
2
Les mescles
f ) Quina sal modifica menys la seva solubilitat amb la temperatura?
.................................................................................................................... g) Quina sal modifica més la seva solubilitat amb la temperatura?
.................................................................................................................... 12. La taula representa els valors de la quantitat màxima d’oxigen en mil·lilitres que es pot dissoldre en cada litre d’aigua. Temperatura (°C)
mg d’oxigen/L d’aigua dolça
0
14,7
10
11,3
20
9
30
7,4
40
6,6
Perquè el salmó hi pugui viure, l’aigua ha de tenir un contingut mínim d’oxigen dissolt d’entre 7 i 11 mg/L. Representa un gràfic on a l’eix d’ordenades consti la temperatura i a l’eix d’abscisses, els mil·ligrams d’oxigen dissolts en 1 L d’aigua. Segons el gràfic, per sobre de quina temperatura de l’aigua no podrà viure el salmó?
30
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 30
22/02/11 18:47
Les mescles
2
13. Fes un esquema dels diferents mètodes de separació de substàncies.
14. Com separaries una mescla formada per acetona, etanol i aigua? Dades: temperatura d’ebullició de l’acetona 5 56 °C; temperatura d’ebullició de l’etanol 5 78 °C; temperatura d’ebullició de l’aigua 5 100 °C.
......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 31
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 31
22/02/11 18:47
2
Les mescles
15. Com separaries llimadures de ferro, d’alumini, aigua i etanol? Fes un diagrama de separació.
16. Utilitza un diagrama de separació per explicar com se separa l’oxigen del nitrogen de l’aire.
17. Com creus que se separen a les depuradores i potabilitzadores els sòlids en suspensió que porta l’aigua? Busca informació a Internet per contrarestar la teva resposta, per exemple a l’Agència Catalana de l’Aigua, Aigües Ter-Llobregat o Aigües del Prat.
......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... 32
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 32
22/02/11 18:47
Les mescles
2
18. Fes un esquema del procés de separació dels components d’una mescla que tenen les característiques següents: el component A és un sòlid insoluble en aigua, el component B és un sòlid soluble en aigua i el component C és un líquid volàtil miscible en aigua que dissol els components A i B.
19. Omple els espais amb noms de mètodes de separació de mescles i uneix amb fletxes els mots resultants a les definicions corresponents: C_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ó
E_ _ _ _ _ _ _ ó
C_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ó
D_ _ _ _ _ _ _ _ _ ó
Es basa en la diferent mobilitat que tenen els components d’una dissolució quan són arrossegats per un dissolvent a través d’un suport format per un medi porós.
Consisteix a separar partícules de sòlid d’acord amb la seva mida.
Es basa en la diferent solubilitat que tenen les substàncies d’una mescla en un dissolvent aliè que és afegit.
S’utilitza per purificar substàncies solubles, preparant dissolucions saturades en calent i després deixant-les refredar.
S’utilitza, principalment, per separar mescles homogènies de líquids. Es basa en la diferència dels punts d’ebullició que tenen els líquids que formen una mescla i la posterior condensació.
Consisteix a introduir la mescla en un tub que es fa girar a gran velocitat dins d’un aparell anomenat centrifugadora.
C_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ a
T_ _ _ _ _ _ _ e
33
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 33
22/02/11 18:47
2
Les mescles
Activitats finals d’avaluació 1. L’acer inoxidable és: a) Una substància pura. b) Una mescla homogènia. c) Una mescla heterogènia. 2. La boira és un col·loide o dispersió col·loïdal en què: a) L’aire és la fase dispersa, i les gotetes d’aigua, el medi de dispersió. b) L’aire és el medi de dispersió, i les gotetes d’aigua, la fase dispersa. c) Cap de les anteriors: es tracta d’una mescla homogènia. 3. Si el contingut en calci indicat a l’etiqueta d’una marca de llet indica 120 mg de calci en cada 100 mL de llet, la concentració del calci en la llet és: a) 120 g/L b) 0,12 g/L c) 1,2 g/L 4. Si el contingut en calci indicat a l’etiqueta d’una marca de llet indica 120 mg de calci en cada 100 mL de llet, la quantitat de calci que ingerim quan bevem un got d’un quart de litre és: a) 0,3 g b) 120 mg c) 30 mg 5. Si la solubilitat de la sal de cuina (NaCl) és 35,9 g en 100 g d’aigua. Quina quantitat màxima de sal podràs dissoldre en 2 L d’aigua per preparar uns macarrons? a) 7,18 kg b) 7,18 g c) 718 g 6. Com separaries granalla de ferro de granalla d’alumini? a) Extracció. b) Sublimació. c) Imantació. 7. Si vols purificar una substància sòlida utilitzaràs: a) Evaporació. b) Cristal·lització. c) Destil·lació. 34
7777_3ESO_FiQ_UD02.indd 34
22/02/11 18:47
