QUIMICA-La materia.: agosto 2011

ESTADOS DE AGREGACION

LA MATERIA Y SU CLASIFICACIÓN

LECTURA.

La materia forma todo lo que nos rodea y en la tierra podemos encontrarla en los tres estados de agregación de la materia: sólido, cuando los átomos se encuentran ordenados y bien unidos; líquido, cuando los átomos no tienen un orden muy específico y se encuentran más distantes; y gaseosos, cuando los átomos están totalmente desordenados y lejanos.

En general las sustancias que encontramos en la naturaleza y que se usan, se encuentran en forma de mezclas, como los minerales, el agua, la sal, etc.

La materia se divide en heterogénea, pues tiene una composición variable en toda su extensión; y homogénea pues su composición es químicamente uniforme en toda su extensión.

La mezcla heterogénea que viene de la materia heterogénea, está formada por dos o más sustancias donde cada una conserva su apariencia y se distinguen a simple vista.

Dentro de la materia homogénea, están las sustancias puras como el elemento, que es una sustancia simple que no puede descomponerse en otra más simple; y el compuesto, unión química de dos o más elementos diferentes en porciones exactas. Éste se puede descomponer por medios químicos en sustancias diferentes. Las moléculas son la parte más pequeña de un compuesto que conserva sus propiedades.

Las mezclas homogéneas están formadas por dos o más sustancias con apariencia física uniforme, en esta última están las soluciones, donde siempre habrá un soluto y disolvente, que a su vez se encuentra en una mayor porción. En ésta no se pueden distinguir sus componentes, a diferencia de una mezcla heterogénea.

Para lograr distinguir los componentes en una mezcla homogénea, es necesario utilizar alguna de las siguientes opciones, dependiendo del material que se necesita separar.

VIDEO.http://www.youtube.com/v/PqZCxXWlCDE

Síntesis del video: La materia.

La materia se clasifica en sustancias puras y mezclas; las puras están constituidas por partículas del mismo tipo, pudiendo ser átomos o moléculas. Las mezclas se clasifican en una fase dispersa y una dispersante llamadas soluto y solvente, éste en mayor proporción que el primero. Pueden ser homogéneas o heterogéneas, estas últimas se dividen en suspenciones y coloides.

A diferencia de los compuestos, las mezclas se pueden separar por medios físicos.

Los elementos están formados por átomos de un mismo tipo y pueden hallarse en forma natural, como el oro, la plata, el azufre, el mercurio, el bromo, etc. Los compuestos, a su vez, están formados por dos o más tipos de átomos, unidos siempre en la misma forma y proporción, por lo tanto, se pueden representar por medio de fórmulas, como el NaCl (Cloruro de Socio).

Las mezclas homogéneas no presentan separación visible en su forma, y se encuentran en todos los estados de agregación de la materia, al contrario de las heterogéneas, en las que sus componentes se distinguen a simple vista.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS.

*Filtración. Para separar un sólido insoluble de un líquido se emplea una malla porosa para que así el sólido quede atorado y el líquido pase.separa mezcla heterogénea, tiene que haber un solido insoluble y tener menor densidad que el líquido.
también se presenta en solido-solido, que implica tamaños de partículas para seleccionar la maya y así solo uno pase.

*Decantación. Proceso físico para mezclas heterogéneas, solamente líquido-líquido, o sólido-líquido; el solido insoluble y mas denso que el liquido, o en el caso liquido-liquido, serán inmiscibles, y se basa en la diferencia de densidad de los materiales, dejando a éstos reposar para que así el más denso caiga al fondo mientras el más ligero ascienda.Luego con una manguerita se puede extraer el liquido.

*Destilación. Para separar mezclas homogeneas tipo liquido; de más de dos líquidos miscibles con diferencias de 5º en punto de ebullición. Se pondrá a hervir un primer líquido y se condensará con un refrigerante luego goteara a un vaso, es necesario usar un termómetro para cuando la temperatura del vapor comience a cambiar, inmediatamente cambiar el vaso, esto indica que es otra sustancia , por eso es necesaria la diferencia de punto de ebullición.

*Cromatografía. Para mezclas homogéneas, es una técnica cuya base se encuentra en diferentes grados de absorción que a nivel superficial se pueden dar entre diferentes especies químicas. Por ejemplo, un papel absorbe el líquido, es procesado químicamente para revelar las manchas de las sustancias.

*Cristalización. Con este método se provoca la separación de mas de dos sólidos que se encuentran disueltos en una solución, mezcla homogenea con solidos solubles, quedando el sólido como cristal, involucrando cambios de temperatura, agitación, etc.

primero se evapora el liquido. -Consiste en purificar una o más sustancias sólidas, disolviendo el sólido en un disolvente caliente, en el cual los contaminantes no son solubles, luego se filtran en caliente para eliminar las impurezas, para luego dejarse enfriar lentamente hasta formarse los cristales. Forma azúcares, sales y productos farmacéuticos.

*Evaporación. Con éste método se separa un sólido disuelto en líquido y consiste en incrementar la temperatura hasta el punto de ebullición del líquido, obteniendo el sólido solamente, y el líquido a parte.Mezcla homogenea.

TODOS ESTOS MÉTODOS SE ENCUENTRAN EN EL SIGUIENTE VIDEO:

ACTIVIDAD

La materia forma todo lo que nos rodea, y ya vimos que en la Tierra podemos encontrarla en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. En general, las sustancias que encontramos en la naturaleza y que usan las personas, se encuentran en forma de mezclas, como ocurre, por ejemplo, en los minerales y en el agua de mar. A través de algunos métodos y técnicas, los seres humanos hemos aprendido a separar las distintas partes de las mezclas y obtener sustancias puras: compuestos como el agua o elementos como el oxígeno.

Observe la siguiente actividad.

¿Qué líquido apareció en la pared exterior del recipiente?

¿Dé donde proviene?

Si alguien vive en un lugar muy seco y caluroso, tal vez no se deposite ningún líquido en las paredes del recipiente. En ese caso, ¿qué es lo que falta en el aire de su comunidad que hace que esté tan “seco”?

Lea las respuestas a sus compañeros y compañeras.

Estados de agregación de la materia

En la cocina tenemos ejemplos de sustancias que se ven y se comportan de manera muy distinta, de acuerdo a su estructura y propiedades. Observe las figuras de la derecha.

		Esta actividad funciona mejor en lugares húmedos. ¿Por qué?
¿En qué forma o estado físico se encuentra el agua en cada figura?

liquido y solido.

¿Tiene eso algo que ver con la temperatura? ¿Por qué?

eso determina el movimiento particular.

Toda la materia está formada por pequeñas partículas llamadas átomos y moléculas, que se unen entre sí a través de fuerzas. A estas fuerzas se las conoce como fuerzas de cohesión, y a medida que las fuerzas son mayores, más cerca se encuentran las partículas unas de otras. Cuando las partículas se compactan, se tiene una sustancia en estado sólido, por ejemplo, un trozo de metal o un cristal de azúcar. Cuando la temperatura aumenta, la movilidad entre las partículas es mayor y disminuyen las fuerzas de cohesión, por lo que la materia se transforma en estado líquido y, si la temperatura sigue aumentando, finalmente en gaseoso. Si coloca un vaso con hielo, puede observar el agua presente en el aire condensarse sobre el vidrio. Al bajar la temperatura, hay un cambio de fase de vapor a líquido. Cada estado de la materia tiene propiedades distintas que lo caracterizan. Los sólidos tienen forma propia, volumen fijo y no fluyen.

Los líquidos tienen volumen fijo, pero su forma depende del recipiente que los contiene y prácticamente no se pueden comprimir. Los gases no tienen forma ni volumen fijos, ya que las fuerzas de cohesión molecular son pequeñas y permiten que las moléculas se encuentren separadas, desordenadas y con gran movimiento.

El azufre, el alcohol y el gas butano son ejemplos de sustancias puras en los tres estados de agregación.

Las mezclas existen en abundancia a nuestro alrededor. Si se ponen en contacto dos o más sustancias distintas y entre ellas no ocurren cambios químicos, se tiene una mezcla. Hay mezclas en todos los estados de agregación, por ejemplo, el aire es una mezcla en estado gaseoso; el agua potable lleva disuelto aire y sales, es una mezcla; una roca formada por distintos minerales es un ejemplo de mezcla en estado sólido. Según su aspecto y propiedades, las mezclas se separan en homogéneas y heterogéneas. La palabra homogéneo indica que la mezcla es uniforme en todas sus partes, o que se ve igual en toda la muestra, como ocurre con el agua que lleva sal o azúcar disueltas. Una mezcla es heterogénea si se puede distinguir una separación entre sus componentes, como ocurre con una emulsión de aceite en agua.

El aire, una mezcla invisible

El aire es una mezcla de gases cuyos componentes no podemos distinguir mediante los sentidos. Entre los distintos tipos de gases que forman el aire puro, ¿cree que haya alguno que sea tóxico para los seres vivos? Justifique su respuesta.

Lea la respuesta a sus compañeras y compañeros, a su asesor o asesora y comenten qué entienden por aire puro y por aire contaminado. Lleguen juntos a una conclusión y anótela.

La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra, de ella depende toda la vida en el planeta, incluso la acuática. Los seres humanos podemos vivir cerca de un mes sin comida; sobrevivimos sin agua unos pocos días, pero sin aire morimos en minutos. A nivel del mar, los principales componentes del aire puro son 78.1% de nitrógeno (N₂), 20.9% de oxígeno (O₂), 0.9% de argón (Ar) y 0.03% de dióxido de carbono (CO₂).

El aire es la disolución de varios gases en nitrógeno. La composición porcentual de cada componente se observa en esta gráfica.

En los incendios forestales, naturales o provocados, se liberan enormes cantidades de dióxido de carbono que enrarecen el aire.

Hoy en día nos parece muy fácil reconocer que el aire es una mezcla de gases transparentes, inodoros e incoloros, pero a los filósofos y científicos les costó gran trabajo demostrarlo. Mientras que en Mesoamérica, en el territorio que hoy en día conocemos como México, el Imperio Azteca llegaba a un periodo de gran esplendor previo a la conquista española, en Europa, el artista y filósofo italiano Leonardo da Vinci (1452-1519) fue el primero en sugerir que el aire contenía por lo menos dos gases. Él encontró que “algo” en el aire era responsable de mantener la viveza de una hoguera y daba también la posibilidad de vida a los animales y a los seres humanos: “Donde la flama no puede vivir, ningún animal con aliento lo hará”, dijo. Esto sembró la inquietud y la búsqueda de otros científicos, pero fue hasta 1772, pocos años antes de la Revolución Francesa y en los años finales de la Colonia Española en América, que el científico sueco Carl Wilheim Sheele (1742-1786) publicó un libro en el que describía cómo podía separarse el aire en distintos gases, y que sólo uno de los gases mantenía encendida la flama de una vela. Hoy sabemos que ese gas es el oxígeno.

Ponga a prueba sus conocimientos

La contaminación del aire es un problema que puede afectar tanto a comunidades urbanas como a rurales. Averigüe las acciones que se han tomado en las grandes ciudades y en las comunidades rurales para reducir la emisión de agentes contaminantes en el aire. Basándose en esta información, elabore un cuestionario y aplíquelo entre sus vecinos y familiares en donde les pregunte de qué manera están colaborando para reducir la contaminación del aire en su comunidad. (Recuerde que la tala de árboles es nociva porque se reduce la aportación de oxígeno al aire, y que la quema de madera y de todo tipo de combustibles genera dióxido de carbono que se libera al ambiente y lo contamina.) Al término, comente las respuestas con sus compañeros y compañeras y a continuación anote una conclusión.

El agua, un compuesto extraordinario

Si colocamos un cubo de hielo en un vaso casi lleno de agua, pero evite que se derrame. ¿Qué cree que sucederá cuando el hielo se derrita? ¿Se derramará el agua o no?

Espere media hora y vuelva a observar el vaso. ¿Se derramó el agua?

¿Cómo explica lo sucedido?

Durante siglos se pensó que el agua era un elemento químico, ya que ningún método químico de transformación lograba separar al agua en los que, hoy sabemos, son sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. El agua no se descompone, salvo a temperaturas mayores de 2 500°C; sin embargo, el descubrimiento de la electricidad hizo posible que con el paso de corriente continua, y en condiciones especiales, el agua se separara en los dos gases que la forman. Esto parece fácil hoy en día, pero hace tan sólo 250 años era imposible de realizar. El agua es, sin duda alguna, el líquido más importante sobre el planeta, ya que constituye entre el 60% y el 90% del peso de los organismos vivientes y cubre tres cuartas partes de la superficie terrestre. Desde siempre ha tenido una gran importancia para la vida es indispensable para cultivar y preparar alimentos, para la higiene y con ella la salud; la industria la utiliza como medio de enfriamiento y de generación de vapor; para el drenaje de desperdicios y para el control de los incendios, entre otras muchas aplicaciones.



El agua es indispensable para llevar a cabo todas nuestras actividades.

Es una sustancia que conocemos en sus tres estados de agregación (sólido en hielo, líquido y gas en el vapor). Su densidad es menor en el estado sólido que en el líquido, por lo que el hielo, contrariamente a lo que podría esperarse, flota en el agua. Las temperaturas de fusión y de ebullición son muy altas; otra característica muy particular es su alta capacidad calorífica, una propiedad que le permite almacenar grandes cantidades de calor sin aumentar mucho su temperatura, por eso se puede usar agua caliente para mantener calientes otras cosas. Como forma disoluciones con muchas sustancias, al agua se le llama “disolvente".



El agua, por sus propiedades, disuelve el detergente, el azúcar y el limón, y mantiene calientes los alimentos.

Sobre los compuestos que se disuelven en el agua, revise en la Antología la lectura:“Solubilidad y concentración” (III.6).

El oxígeno, un elemento vital

¿Qué pasa con el aire de un lugar cerrado y con mucha gente?

¿Qué componente indispensable del aire se empieza a agotar transcurrido algún tiempo?

¿Por qué?

COMUNIDAD

El oxígeno es un elemento muy importante que se encuentra tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre. Se trata de un elemento, ya que es una sustancia básica de la materia que no se puede descomponer en otras más simples por métodos físicos o químicos. Participa en miles de cambios químicos y bioquímicos que suceden constantemente a nuestro alrededor, desde la indispensable respiración de los seres vivos, como la oxidación y corrosión de los metales, hasta la quema de combustibles, entre otros. Forma una gran cantidad de compuestos, tanto con metales como el hierro, el aluminio o el calcio, como con no metales como el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno. El oxígeno existe en el aire en forma de molécula diatómica, es decir, como O₂, y también hay otra forma física en la que se encuentra este elemento: el O₃, llamado gas ozono. El ozono es un alótropo del oxígeno, en este caso, en lugar de tener dos átomos unidos formando una molécula, ahora tenemos tres con lo que sus propiedades físicas y químicas son diferentes, aunque, afortunadamente, en mucha menor cantidad, ya que es nocivo para los seres vivos.
Durante muchos siglos, los estudiosos no tenían los conocimientos, instrumentos ni procedimientos adecuados para contestar a la pregunta: ¿Qué pasa cuando algo se quema? Una de las explicaciones erróneas más aceptada establecía que las cosas se quemaban porque contenían una sustancia que llamaban “flogisto”. Según sus seguidores, el “flogisto” no se podía ver, pero se desprendía misteriosamente de la materia durante la combustión. Fue el científico Antoine de Lavoisier, después de haber medido la masa de metales limpios y bien pulidos, y luego de repetir la operación con metales oxidados, quien notó que los metales oxidados pesaban más. Él interpretó este hecho como si algo del aire se depositara sobre los metales y pensó que algo equivalente debía pasar en el fenómeno de la combustión de la madera u otros materiales que se quemaban. Así descubrió que uno de los gases del aire, el oxígeno, era necesario para reaccionar con los materiales combustibles y formar nuevas sustancias, con la consecuente liberación de luz y calor de una combustión.

PRACTICAS

Práctica 1

Mezcla 1. Separación de una mezcla heterogénea con dos fases - líquida y sólida-.

Métodos:

*Filtración: Separación de sólidos en suspensión de un líquido mediante un papel poroso; basándose en la insolubilidad y densidad.

*Decantación: Separación de mezclas heterogéneas, puede ser líquido-sólido o dos líquidos no solubles. Se vierte en un embudo de decantación, bajando lo más denso, se abrirá una llave para que pase un líquido, luego el otro en un recipiente distinto.

Objetivo: Que el alumno comprenda el procedimiento de separación de una mezcla heterogénea, con dos líquidos insolubles y un sólido inmiscible.

Hipótesis: Basado en la diferencia de densidad, insolubilidad e inmiscibilidad.

Material:

-Soporte universal

-Papel poroso

-Recipiente

-Embudo de decantación

-Sólido

-Agua

-Aceite

Procedimiento:

1. Se filtrará el líquido, dejando el sólido en el papel

2. El líquido se vertirá en el embudo y dejará reposar, una vez separados los líquidos por densidad, se abrirá la llave para así dejar pasar un líquido, luego en otro recipiente el otro.

Observaciones: Tener cuidado de no dejar ningún sólido, pues de ser así, el embudo podría taparse.

Práctica 2

Mezcla 2, separación de mezcla homogénea en fase líquida y una sólida.

Métodos:

-Evaporación: mezcla homogénea, líquido y sólido soluble, sabiendo que sólo es uno. Se calienta el líquido para que sólo quede el sólido, si no se quiere el líquido, de no ser así puede conducirse por mangueras y condensarse.

Objetivo: Que el alumno comprenda el procedimiento de evaporación y filtración.

Hipótesis: Basado en la diferencia de puntos de ebullición

Material:

-Soporte universal

-Embases

-Mechero

Procedimiento:

1. Se pondrá a calentar la mezcla en el soporte y con ayuda del mechero empezará a hervir, y quedará el líquido,

Práctica 3.

Mezcla 3. Separación mezcla homogénea líquida de dos fases líquidas.

Métodos:

*Destilación: Mediante evaporación y condensación separa los componentes líquidos aprovechando sus puntos de ebullición. Se evapora un líquido de un punto de ebullición y este se condensa; posteriormente se hace lo mismo con el otro.

Objetivo: Que el alumno conozco la destilación como medio para separar y purificar dos sustancias líquidas y solubles.

Hipótesis: Basado en la diferencia del punto de ebullición.

Material:

-Soporte universal

-Vasos de precipitación

-Mangueras

-Mechero

-Recipiente con agua fría

-Termómetro

Procedimiento:

1. Se calienta la mezcla hasta que con ayuda del termómetro se sepa cuando ha llegado a una temperatura constante, empezará a hervir la primera sustancia, viajará por la manguera y se condensará en un recipiente.

2. Cuando la temperatura empiece a subir, se cambia de recipiente para que la otra sustancia no se mezcle.

TABLA DE TIEMPO REGISTRADO POR EL TERMOMETRO

Tiempo (segundos)	Temperatura (ºC)
20	24
40	24
20	25
40	26
60	27
80	27
100	27
120	27
140	27
160	27
180	28
200	30
220	36
240	45
260	50
280	50
300	53
320	55
340	55
360	56
380	59
400	59
420	59
440	59
460	60
480	60
500	60
520	60
540	60
560	65
580	65
600	65
620	65
640	65
660	65
680	65
700	65
720	65
740	65
760	68
780	68
800	68
820	68
840	69
860	69
880	70
900	70
920	72