DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA LUIS RUIZ MARTÍN FÍSICA Y QUÍMICA 3º DE ESO

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1 DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA LUIS RUIZ MARTÍN FÍSICA Y QUÍMICA 3º DE ESO MEZCLAS DISOLUCIONES Y SUSTANCIAS PURAS ACTIVIDAD 1: La materia y su aspecto Ya has estudiado que la materia es todo aquello que tiene masa y que ocupa un lugar en el espacio. Es decir, que tiene volumen. Por los tanto, son materia los seres vivos y los cuerpos o sistemas inanimados. Un gato, una planta, una piedra, el agua de un vaso o el aire que respiramos son materia. Todo lo que es materia es, o una SUSTANCIA, o una MEZCLA DE SUSTANCIAS. El oro o la plata, por ejemplo, son sustancias puras, pero lo normal es encontrar la materia formada por mezclas. Así, las rocas están constituidas por sustancias que llamamos minerales. También es una mezcla el agua de los océanos (que no sólo es agua, ya que lleva disuelto cloruro de sodio, yoduro de sodio, etc.) o el aire de nuestro planeta (mezcla de oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, etc.). Nuestro cuerpo y el de cualquier ser vivo, animal o vegetal, también está constituido por diferentes sustancias (proteínas, grasas, hidratos de carbono, etc). Ya sabes que una sustancia es un tipo determinado de materia que se puede identificar por sus propiedades específicas. Tendrá una temperatura de fusión y de ebullición propia, una densidad característica y será soluble en unas sustancias e insoluble en otras. Además de identificarlas, las diferentes propiedades de las sustancias sirven para separarlas cuando están mezclada unas con otras. 1.-Cita tres ejemplos de sustancias y tres ejemplos de mezclas de sustancias que aparezcan el texto. 2.-Cita cuatro propiedades características de las sustancias. 3.-Escribe el significado de los términos siguientes: densidad, punto de fusión, punto de ebullición 4.-Escribe para qué dos cosas pueden servir las propiedades características. 5.- Qué tendrá mayor densidad, un clavo de hierro o una viga de hierro? Qué tendrá mayor punto de fusión? 6.- Es posible que dos sustancias diferentes tengan la misma densidad? Cuándo podemos estar seguros de que dos sustancias son diferentes? Según sea el aspecto de la materia, ésta se puede clasificar como mezcla heterogénea, mezcla homogénea (o disolución) y sustancia pura. Un sistema material es una MEZCLA HETEROGÉNEA cuando está formado por dos o más sustancias, y las propiedades difieren de un punto a otro del sistema. Además, a simple vista se pueden distinguir los componentes. Por ejemplo: una mezcla de arena y agua. Un sistema es una DISOLUCIÓN cuando está formado por dos o más sustancias pero tiene las mismas propiedades en todos los puntos del sistema. A simple vista no se pueden distinguir sus componentes. Por ejemplos: el aire o el agua del grifo. Por tanto, una disolución también es una mezcla, pero HOMOGÉNEA. Un sistema material es una SUSTANCIA PURA (es decir, no es una mezcla) cuando tiene unas propiedades características definidas y no se puede separar en dos o más sustancias mediante técnicas de separación de mezclas como la filtración, la destilación, la cristalización, etc. 1

2 Composición de algunos sistemas materiales frecuentes en nuestra vida cotidiana: SISTEMA MATERIAL Jugo de limón Lejía Marco de ventanas SUSTANCIAS QUE LO FORMAN Agua (H 2 O), ácido cítrico (C 6 H 10 O 8 ), Agua (H 2 O), hipoclorito sódico (NaClO) Aluminio (Al) Leche Agua (H 2 O), proteínas (lactoalbúmina), grasas, azúcares (lactosa, C 12 H 22 O 11 ) Azúcar Sacarosa (C 12 H 22 O 11 ) Gas de la cocina Butano (C 4 H 10 ) Alcohol medicinal Etanol (C 2 H 6 O) y agua (H 2 O) Coca-cola Agua (H 2 O), dióxido de carbono (CO 2 ), cafeína (C 8 N 4 O 2 H 10 ) Amoníaco para limpieza Agua (H 2 O) y amoníaco (NH 3 ) Agua de mar Mercurio del termómetro Sal de cocina Cable eléctrico Aceite Agua (H 2 O), cloruro de sodio (NaCl), yoduro de sodio (NaI), Mercurio (Hg) Sal de cocina (NaCl) Cobre (Cu) Glicerol trioleato (C 57 H 104 O 6 ), ácido oleico (C 18 H 34 O 2 ), Vinagre Agua (H 2 O), ácido acético (C 2 H 4 O 2 ) Aspirina Ácido acetilsalicílico (C 9 O 4 H 8 ), sacarosa (C 12 H 22 O 11 ), Orina Urea (CON 2 H 4 ), ( agua (H 2 O) Adoquín de granito Aire Petróleo Sangre Cuarzo (dióxido de silicio, SiO 2 ), feldespato (silicato aluminopotásico, KAlSi 3 O 8 ) y mica Nitrógeno (N 2 ), oxígeno (O 2 ), helio (He), neón (Ne), argón (Ar), agua (H 2 O), dióxido de carbono (CO 2 ),... Metano (CH 4 ), propano (C 3 H 8 ), butano (C 4 H 10 ), octano (C 8 H 18 ), hexadecano (C 16 H 34 ), Hemoglobina (C 2953 H 4664 O 832 N 812 S 8 Fe 4 ), agua (H 2 O), glucosa (C 6 H 12 O 6 ), cloruro de sodio (NaCl), 2

3 ACTIVIDAD 2; Mezclas y sustancias puras Une mediante flechas las definiciones correctas: Está formado por dos o más sustancias y las propiedades difieren a un punto a otro del sistema Un sistema es una mezcla heterogénea cuando Los componentes se distinguen a simple vista Un sistema es una disolución cuando Un sistema es una sustancia pura cuando Tiene unas propiedades características definidas y no se puede separar en dos o más sustancias mediante las técnicas ordinarias Está formado por dos o más sustancias pero tiene las mismas propiedades en todos los puntos del sistema Los componentes no se distinguen a simple vista ACTIVIDAD 3: La materia y las moléculas Vas a hacer unos dibujos para recordar cómo están organizadas las moléculas en los diferentes estados de agregación. Dibuja las moléculas con las figuras siguientes: Un refresco compuesto por agua (H 2 O), glucosa (C 6 H 12 O 6 ) y dióxido de carbono (CO 2 ) El aire de esta habitación, compuesto de nitrógeno (N 2 ) y oxígeno (O 2 ) Un pequeño cristal de glucosa sólida (C 6 H 12 O 6 ), que es una sustancia pura 3

4 ACTIVIDAD 4: Soluto, disolvente y disolución 1.-Completa la siguiente tabla siempre que sea posible: 2.-Completa los datos que faltan: Soluto Disolvente Disolución 15 g 50 g Soluto Disolvente (d = 1,2 g/cm 3 ) 7 g 500 cm 3 Disolución Recuerda: m d = v 200 g 1000 g 4 g 1 L 7 g 500 cm 3 5 L 8 L Soluto Disolvente 6 g 3 L Disolución (d = 1,3 g/cm 3 ) ACTIVIDAD 5: Concentración de una disolución 1.-Indica la concentración (en gramos de soluto por litro de disolución) de las siguientes disoluciones Soluto Disolvente Disolución Concentración 14 g 2 l 7 g/l 21 g 3 l 17,5 g 2,5 l 25,9 g 3700 cm 3 12 g 4,6 l 2.-Ordena de mayor a menor concentración las siguientes disoluciones: a) 8 g/100 cm 3 ; b) 14,5 g/l; c) 0,12 g/cm Para sazonar un caldo de pescado se deben añadir 16 g de cloruro de sodio a 2 litros de caldo: a) Cuál es la concentración de sal en el caldo? Exprésala en g/l (suponed que no hay variación de volumen). b) Si coges una cucharada de caldo, cuál será la concentración de caldo en esa cucharada? c) Cuántos gramos de sal habrá en esa cucharada de caldo? (volumen de una cucharada aproximadamente 15 cm 3 ). 4 g 96 g (dens = 1,3 g/cm 3 ) 4

5 ACTIVIDAD 6: Problemas de disoluciones 1.-Hemos preparado una limonada añadiendo azúcar a un recipiente en el que hay agua con limón. La concentración de azúcar en esa disolución es de 40 g/l a) Qué cantidad, en volumen, tendremos de limonada? b) Cuál será la concentración de un vaso lleno de esa limonada? 2.-Irene y José se han encargado de preparar limonada para una fiesta. Irene preparó 2 litros de limonada en los que echó 200 gramos de azúcar. José preparó 1,5 litros en los que echó 150 gramos de azúcar. a) Quién preparó más limonada? Quién gastó más azúcar? b) Qué limonada estaba más dulce? 3.-Queremos preparar 1,5 litros de limonada para lo cual añadimos 90 gramos de azúcar al recipiente que contiene el agua con limonada, y agitamos hasta que todo el azúcar ha quedado disuelta. Para comprobar si efectivamente hay 1,5 litros lo echamos todo en una botella de esa capacidad y observamos que la botella se llena. a) Cuál es la concentración de azúcar en esa limonada? b) Si tomamos un vaso de 250 cm 3. Cuál será la concentración de azúcar en ese vaso? c) Qué cantidad de azúcar habría en el vaso? 4.-En un vaso que contiene agua se han echado 10 gramos de sal. Con una probeta se ha medido el volumen de la disolución resultante y se ha encontrado un valor de 150 cm 3, expresa el valor de la concentración de esa disolución. 5.-Ordena de mayor a menor concentración las siguientes disoluciones: a) 6 g soluto en 200 cm 3 disolución; b) 11,3 g de soluto en 1 litro de disolución c) 0,7 g de soluto en 1 cm 3 de disolución. 6.-Un bote de tintura de yodo usada para desinfectar contiene 250 cm 3 de esta disolución con una concentración de 20 g/litro. Si cogemos en un vaso 50 cm 3 de esa disolución, su concentración será de: a) 75 g/l b) 100 g/l c) 15 g/l d) Otra respuesta 7.- Cuál sería la concentración de la disolución que resultaría al mezclar 1 cm 3 de una disolución de concentración 0,25 g/cm 3 con 3 cm 3 de la misma disolución? Razona la respuesta. 8.-Una marca de leche indica en el bote que contiene un 3 % de materia grasa. Si un litro de leche pesa 1050 gramos: a) Cuánta grasa hay en ese litro? b) Cuál será la concentración en grasa en un vaso de esa misma leche? c) Cuánta grasa habrá en ese vaso si suponemos que la leche contenida pesa 200 gramos? 9.-Cuando se atasca la nariz a causa de un resfriado, es conveniente lavarla con solución salina, también conocida como suero isotónico. El suero isotónico tiene una concentración del 0,9 % de sal en agua. Calcula cuanta sal y cuanta agua son necesarias para prepara 250 gramos de suero isotónico Cómo prepararíais una disolución de cloruro sódico en agua si la concentración de la misma queremos que sea de 50 g/litro? 5

6 ACTIVIDAD 7: Técnicas de separación de los componentes de una mezcla 1.-Qué técnicas emplearías para separar las sustancias que componen las siguientes mezclas? a) Aceite y agua, sabiendo que son dos líquidos que no se mezclan. b) Alcohol y agua mezclados. c) Sal de cocina disuelta en agua. d) Cristalitos de sal y yodo, sabiendo que la sal se disuelve en agua y no en alcohol. Mientras que el yodo no se disuelve en agua y se disuelve en alcohol. e) Una mezcla de gas metano y gas butano. 2.-Disponemos de dos vasos, uno de los cuales contiene agua con sal disuelta y el otro agua enturbiada con tierra. Si hacemos pasar por un filtro de papel el líquido del primer vaso, no queda retenida la sal que hay en el agua, mientras que si filtramos el líquido del segundo vaso quedan retenidas en el filtro las partículas de tierra. Explica, ayudándote de dibujos, por qué sucede eso. 3.-El aluminio es un material más duro que el yeso que recubre las paredes. Son las moléculas de aluminio más duras que las moléculas de yeso? Explica la respuesta. ACTIVIDAD 8: Solubilidad 1.-Define: a) disolución diluida; b) disolución concentrada; c) disolución saturada; d) solubilidad. 2.- Cómo podríamos preparar una disolución de azúcar en agua para estar seguros de que está saturada? 3.-Tenemos una disolución saturada de azúcar en agua. Qué debemos hacer para, a partir de ella, obtener una disolución diluida de azúcar en agua? Tabla de solubilidades (20ºC) (g de soluto/100 g de agua) Sustancia Solubilidad 4.-Tenemos una disolución diluida de azúcar en agua. Cómo podríamos conseguir que esa disolución fuese más concentrada? 5.-En 100 cm 3 de agua se disuelven como máximo 108 g de un sólido. De qué sólido se trata? 6.-En 350 g de agua se disuelven, como máximo, 122,5 g de una sustancia. De qué sustancian se trata? 7.-Quieres preparar una disolución saturada de sal común en agua. Qué cantidad exacta de sal debes mezclar con 50 cm 3 de agua? Cuál sería la masa de la disolución? Y el volumen? 8.-Mezclamos 75 cm 3 de agua con 45 g de sal común. Qué masa de sal queda en el fondo? Cuál es la masa del líquido final? Sal común (cloruro de sodio)... Cloruro de potasio... Nitrato de plata Nitrato de potasio... Nitrato de sodio..... Cloruro de bario... Cloruro de calcio... Nitrato de calcio... Carbonato de sodio... Hidróxido de sodio... Hidróxido de calcio... Sulfato de calcio... Carbonato de calcio ,17...0,20...0, En 100 cm 3 de agua echamos 200 g de una sustancia desconocida X. Agitamos y filtramos. El líquido resultante tiene una masa de 188 g. De qué sustancia se trata? 10.- Cuántos gramos de soluto habrá contenidos en 56 g de una disolución saturada de cloruro de potasio? 6

7 ACTIVIDAD 9: Sustancias puras: Elementos y compuestos 1.-Los dibujos de abajo representan gases a) Por qué? b) Cuál de ellos A, B, C, ó D representa una mezcla? c) Y una sustancia pura? d) Y un elemento? e) Y un compuesto? 2.-Los dibujos de abajo representan sustancias en estado líquido o en estado sólido a) Cuál de ellos, A, B, C, ó D representa una mezcla? b) Y una disolución? c) Y una sustancia pura? d) Indica cuáles son líquidos y cuáles son sólidos e) Cuál representa un elemento y cuál un compuesto? ACTIVIDAD 10: Descomposición de compuestos Las sustancias puras pueden ser sustancias simples o elementos (sustancias formadas por una sola clase de átomos) o sustancias compuestas o compuestos (sustancias formadas por más de una clase de átomos) Los compuestos se pueden descomponer en sustancias simples o elementos mediante dos procedimientos: la descomposición térmica y la descomposición electrolítica o electrolisis. 1º Ejemplo: Descomposición térmica del clorato de potasio: se produce oxígeno (un elemento) y cloruro de potasio (otro compuesto) 2º Ejemplo: Descomposición electrolítica del agua: se produce oxígeno e hidrógeno 7

8 ACTIVIDAD 11: Lectura EL DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Los primeros elementos metálicos que conoció el ser humano, debieron encontrarse en forma de pepitas. Posiblemente fueron trozos de oro o de cobre, ya que estos son de los pocos metales que se hallan libres (sin combinar), en la naturaleza. El color rojizo del cobre y el tono amarillo del oro, así como su brillo metálico, debieron llamar poderosamente la atención. El cobre nativo era muy práctico para fabricar diversos instrumentos como herramientas, armaduras, o puntas de lanza. Sin embargo era escaso. Pero de algún modo se descubrió que al calentar con leña determinados minerales, como la malaquita, aparecían entre las cenizas pequeñas gotas de cobre rojo brillante. Ya conoces este proceso, es una descomposición térmica, es decir, se obtenía el elemento cobre a partir de un mineral, de un compuesto que contenía cobre. También se conocía otro metal mucho más duro, pero bastante más escaso, el hierro, cuya única fuente eran trozos de meteoritos, y no había ningún procedimiento para separarlo o extraerlo de los minerales. El problema es que el hierro está unido mucho más firmemente a los otros elementos que con él forman el mineral, y la descomposición térmica requiere temperaturas mucho más altas. Finalmente, se acabó descubriendo que se podían alcanzar estas temperaturas utilizando fuego de carbón vegetal en vez de leña. En este proceso, además, el carbón o carbono, que es otro elemento, desplaza y libera al hierro, combinándose con los otros elementos que componen el mineral. alúmina o la magnesia, que no podían ser descompuestas calentándolas enérgicamente con carbón vegetal. La sospecha se confirmó cuando hallaron un medio para hacerlo: la electricidad. Así, cuando el físico italiano Alessandro Volta inventó la pila eléctrica en 1800, el mundo científico comenzó a investigar con la corriente eléctrica. Enseguida se hizo circular la corriente a través del agua consiguiendo descomponerla en oxígeno e hidrógeno. Ya conoces este fenómeno, es la electrolisis o descomposición electrolítica. Cuando finalmente se aplicó esta técnica a otras sustancias, se obtuvieron muchos elementos nuevos. Por ejemplo, de la cal se extrajo el calcio y de la magnesia el magnesio. También se hizo pasar la electricidad a través de las cenizas de determinadas plantas, llamadas alcalinas y se obtuvieron dos elementos sumamente reactivos, el sodio y el potasio. El potasio, muy reactivo, se utilizó en lugar del carbón vegetal para liberar a otros elementos. Se había visto que se adhería con mucha fuerza al oxígeno. Así cuando se calentó la sílice (SiO 2 ) con potasio, éste se combinó con el oxigeno liberándose un nuevo elemento: el silicio. Y lo mismo se hizo con el llamado ácido bórico, obteniéndose el boro. De esta manera, sin dejar de avanzar, a mediados del siglo XIX ya se conocían unos 60 elementos. Fue en esta época cuando, para poner orden, se estableció el sistema de símbolos actual y el científico ruso Mendeleiev organizó los elementos en la tabla periódica. óxido de hierro + carbono óxido de carbono + hierro Con este tipo de técnicas se llegaron a descubrir en la antigüedad otros elementos metálicos, como el mercurio, el estaño o el plomo. Junto con el carbono también se conocía otro no metal, el azufre, que se puede encontrar sin combinar en las regiones volcánicas. Aunque estas sustancias son hoy conocidas como elementos, eso no quiere decir que fuesen consideradas necesariamente como tales. Fue el científico Robert Boyle quien, en el siglo XVII, definió lo que debía ser un elemento químico: un elemento es una sustancia que no puede ser descompuesto en otras sustancias más simples. Hoy en día lo definimos como una sustancia formada por una sola clase de átomos. En el siglo XVIII se descubrieron varios elementos gaseosos, como el nitrógeno y el oxígeno. Por ejemplo, en el laboratorio, al calentar el compuesto clorato de potasio se descompone produciendo oxígeno. El hidrógeno se puede obtener tratando diversos metales, como el aluminio o el cinc, con un tipo de sustancias llamadas ácidos. En aquella época, muchos químicos sospechaban que unas cuantas sustancias catalogadas como elementos, eran realmente compuestos. Era el caso de la sílice, la cal, la 1. Qué elementos se encuentran libres en la naturaleza? 2. Qué crees que es el mineral llamado malaquita, un elemento o un compuesto? Por qué? 3. En qué se diferencia la reacción de obtención del cobre de la del hierro? 4. Cuántos elementos químicos se conocían, más o menos hasta la época de Boyle? 5. Son compatibles las definiciones de Boyle y la actual de elemento químico? 6. Qué elementos gaseosos se descubrieron a lo largo del siglo XVIII? 7. Por qué se pensaba que la sílice, la cal, la alúmina o la magnesia eran elementos químicos? 8. Qué elementos nuevos se descubrieron mediante la electrolisis? 9. Muchos minerales son óxidos metálicos. Qué función cumple el carbono en el proceso de obtención del metal? Y el potasio? 10. Cuántos elementos químicos se conocían a mediados del siglo XIX? Que científicos los organizaron en la llamada tabla periódica de los elementos? 8