UD1. Propiedades de la materia

Transcripción

1 UD1. Propiedades de la materia 1. Estados de la materia 1.1. Propiedades 1.2. Estados físicos 1.3. Cambios de estado 1.4. Gráficas de cambio de estado 1.5. Ebullición y evaporación 1.6. Escalas de temperaturas 2. Medida de masas y volúmenes 2.1. Unidades de masa 2.2. Unidades de volumen y capacidad 2.3. Determinación de densidades 2.4. Identificación de sustancias 3. Sustancias puras y mezclas 3.1. Mezclas homogéneas y heterogéneas 3.2. Separación de mezclas: Filtración y Decantación 3.3. Otras técnicas de separación 4. Disoluciones 4.1. Tipos de disoluciones 4.2. Composición de disoluciones 4.3. Solubilidad y temperatura (sólidos) 4.4. Solubilidad y temperatura (gases) 4.5. Disoluciones comunes 1 / 25

2 1. Estados de la materia Si miramos a nuestro alrededor, podemos distinguir las distintas clases de materia que forman los cuerpos que nos rodean. Podemos definir la materia como todo lo que tiene masa y ocupa un espacio. Así distinguimos la leche del azúcar que utilizamos para endulzarla. Parece sencillo; ya que la leche es líquida y el azúcar sólido, aunque las dos sustancias son blancas. También distinguimos claramente el vidrio del aluminio de la ventana aunque los dos sean sólidos. Sin embargo, hay muchas situaciones en que distinguir dos sustancias no resulta tan sencillo. Piensa si sabrías distinguir oxígeno de nitrógeno (dos sustancias gaseosas), alcohol de agua (dos líquidos) o cobre de níquel (dos sólidos). Agua Fuente propia Alcohol Fuente propia 2 / 25

3 1.1. Propiedades Propiedades generales y específicas (o características) Todas esas sustancias, oxígeno, nitrógeno, agua, alcohol, cobre, níquel, son materia y cada una de ellas es distinta de las demás. Si todas son materia, han de tener algo en común, alguna propiedad que nos permite afirmar que todas ellas son materia. Entendemos por materia todo lo que tiene masa y ocupa un volumen. A cada tipo de materia se le llama sustancia (plata, agua, aire). Estas propiedades, masa y volumen, no permiten diferenciar las sustancias y se llaman propiedades generales. Las propiedades generales son aquellas que poseen todos los tipos de materia y, por eso, nos permiten saber qué cosas son materia y que cosas no lo son. Aunque son varias las propiedades generales de la materia nos vamos a centrar en esas dos, masa y el volumen. Las propiedades generales, como masa y volumen, son las que no permiten reconocer la materia pero no sirven para diferenciar unas sustancias de otras. Por otro lado, como podemos distinguir una sustancia de otra, también debe haber algo que nos permite diferenciarlas. A simple vista podemos distinguir entre muchos tipos de sustancias: la madera, el plástico, el oro o la plata, y muchas más. Las propiedades específicas (o características) son aquellas que nos permiten distinguir un tipo de materia de otro. Las propiedades específicas (o caraterísticas) como densidad, temperatura de ebullición y temperatura de fusión, son las que permiten diferenciar unas sustancias de otras. Al contrario que las propiedades generales, existen muchas propiedades específicas: color, sabor, dureza, densidad, brillo, transparencia, conductividad térmica y eléctrica, temperatura de fusión, temperatura de ebullición, solubilidad, etc. Contesta El agua y el alcohol son dos líquidos incoloros, transparentes. A simple vista no se pueden distinguir pero tienen algunas propiedades distintas que sirven para identificarlos Qué propiedades utilizarías para distinguir el agua del alcohol? 3 / 25

4 1.2. Estados físicos Estados físicos de la materia Hemos visto que no toda la materia es igual, que está compuesta por diferentes sustancias con sus propiedades específicas. Pero toda la materia que podemos observar se presenta en tres formas distintas o estados físicos de la materia: sólido, líquido o gaseoso. Toda la materia y todos los objetos materiales se pueden observar en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. En el Sol y las estrellas, lejos de nuestra Tierra, existe otro estado llamado "plasma". Las sustancias sólidas se caracterizan porque tienen un volumen y una forma determinada. Hacer que modifiquen su forma suele ser difícil: son indeformables, aunque algunos sólidos son relativamente elásticos. Los líquidos tienen un volumen constante, su forma no es fija, se adaptan al recipiente en el que están ubicados. Gas, sólido, líquido Banco de imágenes del ISFTIC Los gases no tienen una forma ni un volumen fijo, adoptan la forma del recipiente que los contiene y ocupan todo su volumen. A diferencia de sólidos y líquidos los gases se pueden comprimir, variar su volumen, es decir que tienen la propiedad de la compresibilidad. ESTADOS SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO FORMA Fija Variable Variable VOLUMEN Fija Fija Variable Indeformable Si No No Compresibilidad No No Si En la siguiente actividad debes completar las frases arrastrando los rectángulos de cada estado físico correspondiente a cada sustancia a temperatura ambiente. Observa que sólo hay que utilizar tres estados por lo que resulta fácil. Completa líquido sólido plasma gaseoso El mercurio se encuentra en estado El amoniaco se encuentra en estado El estaño se encuentra en estado 1.3. Cambios de estado 4 / 25

5 Sin embargo, el estado físico de una sustancia no es fijo, sino que depende de la temperatura a la que se encuentre. Así, normalmente el agua la vemos en estado líquido, pero si la metemos en el congelador, al bajar la temperatura por debajo de los 0 ºC, se congela y se convierte en hielo, que es agua en estado sólido. Si por el contrario la calentamos al fuego, hierve y se convierte en vapor de agua, se transforma al estado gaseoso. El cambio de un estado a otro depende de su temperatura. Si calentamos un sólido, más y más, pasará al estado líquido y gaseoso. Si enfriamos cualquier gas, más y más, pasará al estado líquido y sólido. La temperatura a la que se encuentra una sustancia es una propiedad general, pero la temperatura a la que cambia de estado es una propiedad específica. El punto de fusión y el punto de ebullición, propiedades específicas de las sustancias, son justamente las temperaturas a las que cambian de estado las diferentes sustancias. Y se llaman puntos de cambio de estado de una sustancia. En cada sustancia esos cambios de estado se dan a unas temperaturas fijas, siempre las mismas, llamadas temperatura de fusión (o punto de fusión) y temperatura de ebullición (o punto de ebullición). De modo que cada sustancia, agua, oro, oxígeno, mercurio, tiene sus puntos de fusión y ebullición específicos. Si sabes los puntos de cambio de estado de una sustancia, puedes llegar a identificarla utilizando una tabla de datos de propiedades específicas. Por ejemplo, si una sustancia funde (punto de fusión) a 0ºC y hierve (punto de ebullición) a 100ºC, casi puedes asegurar que se trata de agua. Cambios de estado (Autor: Josell7, bajo licencia Creative Commons) Así que todas las sustancias pueden estar en los tres estados. Pero a temperatura ambiente (unos 20ºC) diremos que el agua es un líquido, el oxígeno es un gas y el hierro es un sólido. Elige las correctas Selecciona dos respuestas correctas de las cuatro siguientes en relación a los cambios de estado. 5 / 25

6 Las sustancias gaseosas tienen una temperatura de fusión baja El paso de líquido a gas se llama licuación La temperatura de fusión de una sustancia es mayor que la de ebullición La temperatura no varía mientras se produce el cambio de estado 6 / 25

7 1.4. Gráficas de cambio de estado Ahora tenemos la gráfica del calentamiento de una sustancia desde -20 ºC hasta 160 ºC, en 35 minutos. La sustancia al recibir calor pasa por los estados sólido (estado inicial) a -20 ºC, líquido y gaseoso. Todos sabemos que al calentar una sustancia su temperatura aumenta, pero cuando llega al punto de fusión su temperatura no aumenta mientras está cambiando de estado (de sólido a líquido). Sólo cuando se ha producido el cambio de estado y toda la sustancia está en estado líquido, sigue aumentando su temperatura al recibir calor. El calor necesario para que se produzca el cambio de estado de una sustancia se llama "Calor latente" y mientras se está produciendo el cambio de estado, su temperatura no cambia. Contesta Observa la gráfica, que corresponde al calentamiento de una sustancia sólida. Indica cuáles son sus puntos de fusión y de ebullición, así como el estado físico a los 3 minutos, a los 12 minutos y a los 33 minutos. Tienes idea de qué sustancia se trata? 7 / 25

8 Seleccione un valor temperatura gaseoso ebullición Seleccione un valor gaseoso temperatura ebullición UD1. Propiedades de la materia 1.5. Ebullición y evaporación Al proceso de cambio de estado de líquido a gas lo llamamos Vaporización. Pero podemos observar diferentes comportamientos en ese cambio. Vapor de agua (Banco de imágenes del ISFTIC) Para que el agua líquida hierva, pase a vapor de agua, tenemos que calentarla hasta su temperatura de ebullición que es 100 ºC. Pero si dejamos un vaso de agua descubierto, podemos observar como al cabo de los días disminuye su contenido. El agua se ha evaporado sin llegar a los 100 ºC. Al primer cambio lo llamamos Ebullición y al segundo Evaporación; son dos formas de vaporización distintas. Este proceso de evaporación no debe ser confundido con la ebullición: Ebullición Se produce a una temperatura determinada (punto de ebullición). Afecta a todo el líquido. Se efectúa de forma tumultuosa. Evaporación Se produce a cualquier temperatura. Afecta sólo a la superficie del líquido. No cambia la apariencia tranquila del líquido. Además al evaporarse, parte del líquido se transforma en vapor y ejerce una presión, que se conoce como presión de vapor. Esta presión depende de la temperatura y del líquido en cuestión. Cuando la temperatura, el aumento de temperatura, hace que la presión de vapor iguale la presión atmosférica, el líquido entra en ebullición alcanzando el punto de ebullición. Esto produce el interesante fenómeno de la olla a presión. Completa el texto La evaporación es un proceso por el cual una sustancia en estado líquido pasa al estado. A diferencia de la ebullición, este proceso se produce a cualquier, siendo más rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de Seleccione un valor ebullición temperatura gaseoso. 8 / 25

9 1.6. Escalas de temperaturas La magnitud que explica las nociones comunes de caliente o frío se llama temperatura. En general podemos decir que un objeto caliente tendrá una temperatura alta, y un objeto frío tendrá una temperatura baja. La temperatura se mide con termómetros que pueden ser calibrados según tres escalas de temperatura. La escala Kelvin (K) o escala absoluta, la escala Celsius (ºC) antes llamada centígrada y la escala Fahrenheit (ºF) que antes se utilizaba en la mayoría de los países anglosajones y ahora sólo se emplea en los Estados Unidos para usos no científicos y en determinadas industrias como la del petróleo. El grado Kelvin (K) es la unidad de temperatura en el Sistema Internacional de Unidades (SI). En la escala Kelvin se asocia el valor cero (0 K) al "cero absoluto", es decir a la menor temperatura posible. Por eso se llama escala absoluta de temperaturas y es la más empleada en ámbitos científicos. Sin embargo fuera del ámbito científico el uso de la escala Celsius es el más extendido. Pasar de la temperatura Celsius a la Kelvin, y viceversa, es muy sencillo. Hay que tener en cuenta la referencia del agua y sus temperaturas de fusión y ebullición. Estas dos escalas se llaman centígradas porque en ambos casos hay 100 grados de diferencia entre los puntos de ebullición y de fusión de agua: Temperatura Escalas temp. de ebullición del Fuente agua propia Temperatura de fusión del agua Temperatura mínima posible Temp. Celsius Temp. Kelvin 100 ºC 373 K 0 ºC 273 K ºC 0 K Por tanto: T(K) = T(ºC) ó T(ºC) = T(K) Entonces 30 grados Celsius serán: 30 ºC = = 303 K Y 200 grados Kelvin serán: 200 K = = - 73 ºC Elige la correcta La temperatura de fusión del aluminio es de 659 ºC (escala Celsius). Cuál será esa temperatura en la escala Kelvin? / 25

10 2. Medida de masas y volúmenes La necesidad de medir es paralela a nuestra historia como humanos. Nuestros antepasados han tenido curiosidad por medir su altura, el peso propio y el peso de los alimentos que iban a comprar en el mercado o el tiempo que les costaba ir y volver desde su casa. Balanza de brazos Balanza electrónica Banco de imágenes del ISFTIC Y para medir utilizamos los números. El sistema de numeración que utilizamos ahora es el sistema decimal de posición. Tiene la ventaja de usar pocas cifras (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), pero con significados distintos según el lugar que ocupen. Así la cifra 7 significa 7 unidades en el número 87, pero significa 70 unidades en el 473. Ahora vas a aprender a medir masas con balanzas, así como volúmenes de líquidos con probetas y volúmenes de sólidos por inmersión en un líquido. En los laboratorios se utilizan habitualmente balanzas digitales (electrónicas), pero con las tradicionales de brazos se ve el mecanismo de pesada: la masa en ambos platillos debe ser la misma para que la balanza esté equilibrada, como verás en las actividades que realizarás a continuación. Probeta ISFTIC 10 / 25

11 2.1. Unidades de masa Las propiedades de la materia se miden con las unidades de medida. Antiguamente cada país tenía sus propias unidades de medida y eso representaba grandes problemas. Por ello en un intento de unificación, en la Conferencia de Pesas y Medidas de París, en 1960, se aceptó el Sistema Internacional de Unidades (S.I.). Este sistema (S.I.) fija las unidades fundamentales correspondientes a las magnitudes (propiedad a medir): Magnitudes (propiedades) Unidades fundamentales y símbolos Longitud metro (m) Masa kilogramo (kg) Tiempo segundo (s) Temperatura kelvin (K) Superficie metro cuadrado (m) 2 Volumen metro cúbico (m) 3 Cada unidad tiene múltiplos y submúltiplos. Por ejemplo la Masa. Son múltiplos y submúltiplos del kg, y unidades bastante empeladas: La tonelada (Tm) o megagramo (Mg); 1 Tm = kg El gramo (g); 1 kg = g El miligramo (mg); 1 kg = m Ordena Ordena de mayor a menor las siguientes masas (recuerda que para compararlas hay que pasarlas a la misma unidad): 44 hg 3,56 kg g mg 11 / 25

12 2.2. Unidades de volumen y capacidad El volumen se mide en metros cúbicos ( m 3 ), también en decímetros cúbicos ( dm 3 ) y en centímetros cúbicos ( cm 3 ). Aquí el cambio de unidades será: 1 m 3 = dm 3 = cm3 También son muy utilizadas las unidades de capacidad para medir volúmenes. Las más importantes son el litro (L) y el mililitro (ml). La equivalencia es de 1 L = ml. En la imagen podemos ver la equivalencia entre la unidad de Volumen (dm 3) y la unidad de Capacidad (L), es decir: 1 dm 3 = 1 litro (L) Imagen Litro-dm 3 Autor desconocido por tanto dm 3 que es 1 m 3 será igual a litros (L) que es 1 kl, es decir: 1 m 3 = 1 kl y también 0,001 dm 3 que es 1 cm 3 será igual a 0,001 litros (L) que es 1 ml, es decir: 1 cm 3 = 1 ml Los volúmenes de los objetos se pueden medir por inmersión en agua o con cálculos matemáticos si son cuerpos geométricos definidos. Por ejemplo, un prisma recto de base rectangular, como el de la figura, mide 2 m de alto, 15 dm de ancho y 333 cm de fondo. Su volumen en cm 3 será: V= A x B x C = 200 cm x 150 cm x 333 cm = cm 3 O sus equivalentes; cm 3 = 9990 dm 3 = 9,99 m 3. Hemos calculado que el volumen del prisma es de 9,99 m 3 = 9,99 kl Ordena Ordena de mayor a menor, los volúmenes de los depósitos de agua de cuatro ciudades españolas. 900 hl m L 70 hm3 12 / 25

13 2.3. Determinación de densidades Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa, es decir: Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m 3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m 3 ). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada; se usa más el gramo por centímetro cúbico (g/cm 3 ). La densidad del agua se toma como referencia ya que la mayoría de las sustancias tienen densidades similares a la del agua. Esta densidad del agua es de kg/m 3, que equivalen a 1 g/cm 3. Ya que kg = g, y 1m 3 = cm 3. Por tanto kg/m 3 = g / cm 3 = 1 g/cm 3. También nos pueden dar la densidad del agua en kg/dm 3. Qué relación hay entre esta unidad y las anteriores? Veámoslo. Como 1 kg = g; y 1 dm 3 = cm 3. Resulta que 1 kg/dm 3 = 1g/cm 3. O sea: La densidad del agua es kg / m 3 = 1 g / cm 3 = 1 kg / dm 3 Elige la correcta La densidad del corcho es 0,25 g/cm3. Qué masa tendrá una placa de corcho de 3 dm3? 0,12 kg 0,75 g 0.75 kg 12 g 13 / 25

14 2.4. Identificación de sustancias Ya has utilizado la tabla con datos de puntos de fusión y de ebullición y las densidades de varias sustancias. Como cada una de ellas tiene unos valores concretos de esas magnitudes, es posible identificar sustancias si sabemos los valores de esas propiedades y consultamos la tabla de datos. Podemos identificar sustancias desconocidas comparando sus valores de densidad, punto de fusión y punto de ebullición con los datos de las tablas. Por ejemplo, si una sustancia tiene un punto de fusión de 659 ºC y una densidad de 2.7 g/cm 3, podemos asegurar que se trata de aluminio, porque no hay ninguna otra sustancia que tenga valores parecidos para esas magnitudes en la tabla de datos. Sin embargo en algunos casos, como el cobre y el níquel, los valores de las densidades y las temperaturas de cambios de estado son muy parecidos y es difícil diferenciarlos. En la siguiente gráfica están representadas (en el eje de ordenadas) las masas de tres sustancias A, B y C, desconocidas, frente a sus volúmenes correspondientes. Con ella responde a las preguntas: a) Cuál es la densidad de cada una de ellas, A, B y C? b) Podrías identificar alguna de las sustancias? Elige la correcta Una sustancia tiene un punto de fusión de unos 960ºC y una densidad de, aproximadamente, 10 gramos por centímetro cúbico. De qué sustancia puede tratarse? Plomo Níquel Plata Mercurio 14 / 25

15 3. Sustancias puras y mezclas Cuando ves un objeto metálico, no sabes si está formado por una única sustancia (es un metal puro, sustancia pura) o por varias (y entonces se trata de una aleación, mezcla). Algo parecido sucede si tienes agua mineral en un vaso: es cierto que solamente hay agua? Muchas sustancias son mezclas, coma las bebidas de cola, que están formadas por cola, cafeína y gas carbónico, el agua del mar que está formada por agua y sal, el vino, que contiene alcohol, agua, conservantes y colorantes, o el granito en el que son visibles sus componentes. Roca granito, mezcla Banco de imágenes del ISFTIC Existen muchas sustancias que son mezclas, es decir, que están formadas por dos o más componentes, y cada componente es una sustancia pura. Sin embargo, hay otras sustancias que son puras como el oxígeno (que utilizan en los hospitales para la respiración asistida), el azúcar (que endulza la leche), el oro (que buscan afanosamente los buscadores de tan precioso metal) o el diamante. Vamos a ver cómo podemos saber si hay una única sustancia o más de una, y, además, cómo podemos separarlas en algunos casos, sencillos pero muy útiles. Oxígeno, azúcar, oro o diamante son sustancias puras mientras que agua de mar, vino, granito o bebidas de cola son mezclas de sustancias. Diamante pulido, sustancia pura Banco de imágenes del ISFTIC Cada sustancia pura tiene una densidad, un punto de fusión y un punto de ebullición fijo, pero cada mezcla no, ya que depende de las cantidades de los componentes de la mezcla. 15 / 25

16 3.1. Mezclas homogéneas y heterogéneas Cuando decimos que en un recipiente tenemos una sustancia pura nos referimos a que solamente hay una sustancia. Si hay más de una, entonces se trata de una mezcla. Todos los elementos químicos conocidos están clasificados en el Sistema Periódico y son sustancias puras simples o sustancias simples. Algunos se encuentran en la Naturaleza (como el oxígeno, el carbono, el uranio, etc.), otros se obtienen artificialmente (como el plutonio, el curio, el einstenio, etc.). Las sustancias puras compuestas o compuestos químicos están formadas por varias sustancias simples o elementos químicos. Son compuestos químicos el agua, el dióxido de carbono, el amoniaco, etc. Si en la mezcla se pueden distinguir sus componentes, se llama heterogénea; en caso contrario, recibe el nombre de homogénea (disolución) Existen dos tipos de mezclas: homogéneas y heterogéneas. Las mezclas heterogéneas son aquellas en las que los componentes se distinguen a simple vista. Y mezclas homogéneas las que sus componentes no se distinguen a simple vista. También reciben el nombre de disoluciones. Verdadero o falso Verdadero Falso El agua del mar es una mezcla heterogénea La leche es una mezcla homogénea El acero es una sustancia pura 16 / 25

17 3.2. Separación de mezclas: Filtración y Decantación En la mayoría de los casos, las sustancias se presentan mezcladas en el medio natural. Pero es necesario separarlas para poder darles el uso adecuado en cada caso. Las sustancia puras no se pueden separar por los procedimientos físicos clásicos como destilación, filtración, pero las mezclas sí que se pueden separar por estos métodos simples. Recuerda que una mezcla es como la suma de varias sustancias puras. Ahora vamos a ver algunas de las técnicas de separación de sustancias más conocidas y útiles. Si en una botella tenemos agua turbia con arena cómo separamos el agua de la arena? En primer lugar, podemos filtrar, utilizando un embudo con un papel de filtro, en el que se queda la arena, y el agua se recoge en el recipiente colocado bajo el embudo. Filtración Banco de imágenes del ISFTIC Decantación Pero también se puede decantar, dejando que repose la mezcla e inclinar con cuidado el recipiente en que se encuentra para pasar el agua a otro recipiente. Elige la correcta Cómo podemos separar una mezcla heterogénea de agua y aceite de oliva? Además de diferente color y que no se disuelve en agua, el aceite tiene de densidad 0,9 g/cm3 y de punto de ebullición 360 ºC. Filtración Decantación Destilación Evaporación 17 / 25

18 3.3. Otras técnicas de separación Hemos visto la filtración y la decantación. Ahora veremos otras técnicas de separación de sustancias que forman mezclas. Evaporación. Consiste en calentar la mezcla hasta que uno de los componentes, normalmente líquido, se evapore totalmente. Los otros componentes quedan en el envase. Un ejemplo de esto se encuentra en las salinas, enormes embalses con agua de mar que se dejan mucho tiempo, hasta que se evapora el agua, quedando así la sal marina. En las salinas, costeras o de interior, se obtiene la sal por evaporación del agua salada. Salinas de Naval En Aragón tenemos salinas de ese tipo en Naval (Huesca), lugar en el que se está construyendo un centro termolúdico aprovechando las propiedades curativas de las aguas muy concentradas en sales. Imantación o magnetización. Se basa en la propiedad de algunos materiales de ser atraídos por un imán. Para poder usar este método es necesario que uno de los componentes sea atraído y el resto no. Se utiliza en vertederos para separar la chatarra metálica. Banco dedestilación. La destilación es el procedimiento más imágenes utilizado para la separación y purificación de líquidos. Por del destilación se obtiene el alcohol y las bebidas de mayor ISFTIC graduación alcohólica, whisky, coñac, vodka, ginebra. Además la llamada "destilación fraccionada" es una técnica de separación de los componentes del petróleo. Así se obtienen sus componentes de gran importancia industrial y social; butano, propano, gasolinas, gasoil, fueloil, queroseno, aceites pesados, alquitranes, asfaltos, etc. Relaciona Relaciona la separación de cuatro mezclas de sustancias con la técnica que utilizarías en cada caso. Para ello pasa los rectángulos de la izquierda a la parte central en el orden que corresponda. Imantación Destilación Evaporación Separar limaduras de hierro de un montón de arena Separar la nata de la leche Separar la sal del agua Filtración Separar el alcohol del agua 18 / 25

19 4. Disoluciones Las mezclas homogéneas reciben el nombre de disoluciones. De esta forma, una aleación metálica como el bronce es una disolución, lo mismo que el aire o el agua de mar. Aunque no se vean tienen componentes que son sustancias puras. Así el bronce se compone de cobre y zinc, el aire de oxígeno y nitrógeno fundamentalmente, el agua de mar de agua y cloruro de sodio junto a otros productos en pequeñas cantidades. Además conocemos que las sustancias tienen unas propiedades específicas como la densidad, los puntos de fusión y de ebullición que no permiten distinguir unas de otras. Nos proponemos ahora estudiar otra propiedad de las sustancias, la solubilidad. La solubilidad de una sustancia en otra es la cantidad de esa sustancia que se puede mezclar con una determinada cantidad de otra para dar como resultado una disolución, es decir, una mezcla homogénea. A la sustancia que está en mayor cantidad la denominamos disolvente y la de menor cantidad soluto. Vamos a comprobar que la solubilidad es otra Solubilidad de una sustancia (soluto) en otra propiedad (disolvente) característica es la cantidad de las máxima sustancias. de soluto (en gramos) que se puede disolver en el disolvente Fijada la (normalmente cantidad de disolvente, 100 g de por disolvente) ejemplo 1 litro de agua, se pueden disolver varias cantidades de la otra sustancia, por ejemplo sal común ( cloruro de sodio). Se podría ir añadiendo sal, agitar, más sal y agitar hasta llegar a un máximo cuál es ese máximo? Ese máximo de cantidad de sal común que se puede disolver en agua nos lo da la solubilidad de la sal común en agua, en g/100g (gramos de soluto Soluto sin disolver y disuelto por cada 100 g de disolvente). en las tablas que es 36 g/100 g, es decir que se puede disolver como máximo 36 gramos de cloruro de sodio en 100 gramos de agua. Cuando se llega a este máximo diremos que tenemos una disolución saturada de cloruro de sodio en agua. En el caso que estamos analizando se puede ver 19 / 25

20 4.1. Tipos de disoluciones Conviene recordar las diferentes clases de disoluciones según la cantidad de soluto: Disoluciones diluidas. Son las que contienen una cantidad pequeña de soluto disuelto respecto al máximo que se puede disolver. Disoluciones concentradas. Son las que tienen bastante soluto disuelto, cerca del máximo posible. Disoluciones saturadas. Son las que contienen la máxima cantidad de soluto disuelta que nos da el dato de la solubilidad. Ya no se puede disolver más soluto. En una disolución el disolvente puede ser sólido, líquido o gaseoso, y el soluto también puede presentarse en los tres estados. Por ejemplo en las aleaciones tanto soluto como disolvente son sólidos a temperatura ordinaria (20 ºC), y el aire se puede considerar una disolución de gases en gases en la que como el componente mayoritario es nitrógeno, este será el disolvente. Pero nos centraremos en el estudio de la solubilidad de sustancias en las que el disolvente es líquido por las dificultades que plantea el estudio con disolventes en estado sólido o gaseoso. Dentro de las disoluciones en las que el disolvente es un líquido las más importantes son las disoluciones acuosas. Estas son las más habituales e importantes en la Tierra y además son la base de la vida terrestre. Son aquellas que tienen agua como componente en mayor proporción de la mezcla (disolvente), mientras que la sustancia disuelta (soluto) puede ser sólida (sal común), líquida (alcohol etílico) o gas (oxígeno). Elige la correcta La solubilidad de una sustancia conocida en agua, a 60ºc, es de 43 gramos en 100 ml de agua. Basándote en la tabla anterior, dirás que esa sustancia es: Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio 4.2. Composición de disoluciones 20 / 25

21 Según la cantidad de soluto disuelta en una cierta cantidad de disolvente decimos que la disolución está diluida, saturada o concentrada. Pero deberemos calcular y expresar el grado de concentración exacto. Hay varias formas de calcularlo y expresarlo: 1. Tanto por cien en masa (% en masa). Expresa la masa, en gramos, de soluto disuelto por cada 100 g de disolución. Unidad muy utilizada en el trabajo corriente. 2. Tanto por cien en volumen (% en volumen). Expresa el volumen, en mililitros (ml=cm 3), de soluto disuelto por cada 100 ml de disolución. 3. Gramos/litro (g/l). - Expresa la masa, en gramos, de soluto disuelto por cada en cada litro de disolución. La composición de cualquier disolución se suele expresar en porcentaje en masa de soluto (% en masa) o en masa de soluto que hay disuelta en un volumen de disolución (g/l). Pero si el soluto es líquido se suele indicar el porcentaje en volumen (% en volumen), que en el caso particular del alcohol se llama grado alcohólico. Así, el alcohol de quemar de 96º tiene 96 ml de metanol en 100 ml de disolución, es decir que sólo habrá 4 ml de agua (96+4=100). Y si hablamos de bebidas alcohólicas, un vino de 12º tiene 12 ml de alcohol etílico -o etanol- en 100 ml de vino (también se indica 12%). Así, si una disolución tiene una concentración del 8% (en masa) de sal común significa que de cada 100 gramos de disolución 8 g son de sal y el resto de agua (92 g). Y si nos dicen que es de 4 g/l, debemos entender que en un litro de disolución hay disueltos 4 g de soluto. Elige las correctas Cuando el sulfato de cobre se disuelve en agua, la disolución toma color azul intenso debido a la sustancia disuelta. Observa en la imagen las dos disoluciones y responde Cuál de las disoluciones crees que está más concentrada? 21 / 25

22 Las dos igual La de la izquierda La de la derecha 22 / 25

23 4.3. Solubilidad y temperatura (sólidos) Algunos sólidos son muy solubles en agua, como por ejemplo la sal común, mientras otros como el mármol son poquísimo solubles en agua, prácticamente insolubles (que no se disuelven). Pero habrás comprobado que el azúcar, el cola-cao se disuelven mejor en agua caliente. Como puedes ver en la gráfica, en general, los sólidos se disuelven más en agua caliente que en fría. Cualquier soluto (en estado sólido) se disuelve mejor cuanto mayor es la temperatura del disolvente. Podemos decir que la solubilidad del soluto (sólido) aumenta al aumentar la temperatura del disolvente. Si observas la gráfica, verás que a temperatura ambiente (20 ºC) la sustancia más soluble es el cloruro de sodio (sal común), con una solubilidad de unos 38 gramos de sal por cada 100 ml de agua. Sin embargo, su solubilidad prácticamente no varía al calentar, mientras que la del nitrato de potasio y la del sulfato de cobre aumentan notablemente. Por ejemplo, a 50 ºC se disuelven 80 g de nitrato de potasio en 100 g de agua. Elige la correcta La solubilidad de una sustancia conocida en agua, a 60ºc, es de 43 gramos en 100 ml de agua. Basándote en la tabla anterior, dirás que esa sustancia es: Nitrato de potasio Sulfato de cobre Cloruro de sodio 23 / 25

24 Seleccione un valor menor mayor oxígeno invierno verano UD1. Propiedades de la materia 4.4. Solubilidad y temperatura (gases) Hemos visto que al disolver sustancias sólidas en agua (sal, azúcar, café molido, etc.) cuanto mayor sea la temperatura del agua mayor cantidad de sustancia se disuelve. Pero pasará lo mismo con los gases disueltos en agua (dióxido de carbono, oxígeno, etc.)? Vayamos como otras veces a nuestra experiencia diaria. Qué ocurre si se llena un vaso de una bebida carbónico fría y se deja hasta que adquiere la temperatura ambiente? Y si además calentamos la bebida? La respuesta parece clara: "el gas se escapa; y al calentar todavía más". Esto ocurre porque... La solubilidad del carbónico, como la mayoría de los gases, es mayor cuanto más baja es la temperatura de la disolución. Así que si queremos mucho gas carbónico disuelto deberemos mantener una temperatura baja. Este efecto se puede observar en las siguientes gráficas. Se muestra el cambio de la solubilidad, bajando, al calentar la disolución acuosa. La solubilidad del oxígeno atmosférico en el agua es fundamental para la vida de los peces y las plantas acuáticas, tanto en aguas saladas como en aguas dulces. Los peces y las plantas tienen la capacidad de absorber el oxígeno disuelto en el agua y que necesitan para llevar a cabo procesos vitales. Por eso la buena oxigenación de los mares, ríos y acuarios es fundamental para la vida acuática. Completa el texto Seleccione un valor menor mayor oxígeno invierno verano Seleccione un valor menor mayor oxígeno invierno verano La vida acuática depende, entre otros factores, del oxígeno disuelto en el agua. Por eso se desarrolla mejor en ya que la solubilidad del oxígeno es en agua fría que en caliente. Otros factores como la contaminación de las aguas, que disminuye el disuelto, perjudican la calidad de la vida acuática. 24 / 25

25 4.5. Disoluciones comunes Límites para evitar malos tragos Entre los problemas más graves que tenemos en España se encuentra la incidencia del alcohol en las muertes por accidente de tráfico, un total de casi 2600 en 2009 ( y es la cantidad menor en los últimos años y un 16% menos que en el 2008!). Actualmente, el límite de alcohol para conducir es de 0.5 g/l en sangre y 0.25 mg/l en aire espirado para los permisos A1, A y B. Para el resto de permisos y conductores noveles aún se reduce más, 0.3 g/l en sangre y 0.15 mg/l en aire espirado. Se puede decir de forma aproximada que un varón normal de 70 kg obtiene 0.3 g/l en sangre con la consumición de: Una lata de cerveza de 33 cl. Un vaso y medio pequeño de vino de 100 ml. Está demostrado que el consumo de alcohol, incluso a bajas concentraciones etílicas, reduce la capacidad de conducción con el deterioro de la atención, de las funciones visual y auditiva, perturbaciones en el campo perceptivo, cansancio, somnolencia y fatiga muscular. En consecuencia aumenta el riesgo de sufrir un accidente. Diferentes estudios demuestran que el número de muertos en accidentes de circulación a causa del alcohol puede situarse entre el 30 y 50 por ciento del total. Según datos del Instituto de Toxicología sobre un estudio realizado a conductores muertos en accidentes: De los conductores de turismos y vehículos de dos ruedas fallecidos el 32,7% (501) superaban la tasa de alcoholemia permitida de 0,5 g/l en sangre (0,25 mg/l en aire espirado). De los 90 conductores de camión y autobús analizados, 14 (el 15,5%) superaban la tasa de alcohol permitida de 0,3 g/l en sangre (0,15 mg/l en aire espirado). De una forma sencilla y aproximada, se puede decir que un vaso pequeño de vino, una copa de cava o una caña de cerveza suponen una consumición, que a un hombre de unos 70 kg le produce 0.2 g/l de alcohol de sangre, mientras que una copa de coñac, un whisky o un combinado equivale a 0.4 g/l. En las mujeres, el efecto es apreciablemente mayor, del orden de un 50% superior. Tasas máximas permitidas de alcohol para conducir CONDUCTORES LÍMITE EN SANGRE LÍMITE EN AIRE ESPIRADO (1) General 0,5 g/l 0,25 mg/l (2) Profesionales 0,3 g/l 0,15 mg/l (3) Noveles 0,3 g/l 0,15 mg/l (1) Tasas máximas permitidas a la población general de conductores. (2) Tasas máximas permitidas a conductores de vehículos destinados a transporte de mercancías con una masa máxima autorizada superior a kilogramos, al transporte de viajeros de más de 9 plazas, o de servicio público, al escolar o de menores, al de mercancías peligrosas, servicios de urgencia y transportes especiales. (3) Tasas máximas aplicables a cualquier conductor durante los 2 años siguientes a la obtención del permiso o licencia que habilita para conducir. Las tasas obtenidas por análisis de sangre o por aire espirado son equivalentes, tan solo existe diferencia en la obtención de la muestra analizada. 25 / 25