El azar no existe; Dios no juega a los dados A. Eienstein

Transcripción

1 El azar no existe; Dios no juega a los dados A. Eienstein

2 El presente módulo de química pretende servir como herramienta de apoyo en el proceso enseñanza aprendizaje, de el estudiante del colegio franciscano Agustín Gemelli para que adquiera paulatinamente una actitud investigativa frente a su entorno educativo, familiar y social, no se busca formar investigadores ó científicos, sino jóvenes con un pensamiento más crítico, capaz de sacar sus propias conclusiones y comprender mejor el mundo que lo rodea, partiendo del hecho de que cualquier aspecto de nuestro bienestar material depende de la Química en cuanto a que esta ciencia proporciona los medios adecuados que lo hacen posible y así, por ejemplo, podemos pensar en la Cirugía sin anestésicos y antisépticos?, en los aviones sin aleaciones ligeras ni gasolinas especiales, en los vestidos sin colorantes?, en los puentes sin hierro y cemento, y en los túneles sin explosivos...?. El avance prodigioso de nuestra civilización en los últimos doscientos años, muchísimo mayor que en los, cuatro mil años anteriores, es el resultado del desarrollo y aplicación de la ciencia química, por la que el hombre ha adquirido un control sobre el medio exterior y aumentado su independencia respecto de él. Pero todos estos progresos químicos, con ser enormes, son únicamente un comienzo, pues los más intrigantes y prometedores secretos de la Naturaleza permanecen aún impenetrables. El químico ha llegado a resolver el misterio del átomo y dispone hoy de métodos para liberar las enormes reservas de energía dentro de él, pero nada sabemos acerca de las fuerzas químicas que distinguen la materia viva de la no-viviente. Así, por ejemplo, cómo utiliza la hoja verde la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en alimentos?, y por qué mecanismo las mínimas trazas de vitaminas y hormonas producen en el cuerpo humano los sorprendentes efectos conocidos? Contrariamente a lo que podría suponerse, no ha llegado la Ciencia química a su culminación. A cada nuevo avance suceden nuevas preguntas cuya respuesta exige, más que la intuición de grandes genios, el trabajo en colaboración de sus cultivadores, tal como se ha puesto de manifiesto en los últimos años y descubrimientos sobre la estructura íntima de la materia. La historia de la Química, uno de los más bellos capítulos de la historia del espíritu humano, es en realidad la historia del lento desarrollo del pensamiento científico y de los rápidos resultados conseguidos después en la aplicación sistemática y progresiva del método científico al estudio de la materia. El estudio de la historia de la Química es muy provechoso puesto que nos familiariza con las reflexiones especulativas de los grandes químicos del pasado y nos permite valorar exactamente el progreso actual de esta ciencia y contribuir a su desarrollo constante. En el largo curso del esfuerzo humano para interpretar y, en cierto modo, dirigir los fenómenos de la Naturaleza, las ideas han sido siempre más potentes que la simple habilidad técnica. 2

3 UNIDAD I: LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES... 4 HISTORIA DE LA QUÍMICA... 5 LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES... 8 PROPIEDADES GENERALES O EXTRÍNSECAS... 8 PROPIEDADES ESPECÍFICAS O INTRINSECAS PROPIEDADES QUIMICAS UNIDAD II: ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA LA QUIMICA Y LA REVOLUCION INDUSTRIAL TEORÍAS ATOMICAS MODELOS ATÓMICOS MODELO ATÓMICO DE DALTON MODELO ATÓMICO DE J.J. THOMSON MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD EL MODELO ATÓMICO DE BOHR ESTRUCTURA DEL ÁTOMO LA TABLA PERIODICA UNIDAD III CLASES DE MATERIA LA MATERIA LAS MEZCLAS CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS LA SEPARACIÓN DE MEZCLAS SEPARACIÓN DE MEZCLAS POR MÉTODOS FÍSICOS SEPARACIÓN DE MEZCLAS POR MÉTODOS QUÍMICOS UNIDAD IV LAS SOLUCIONES DISOLUCIÓN CLASIFICACIÓN DE LAS DISOLUCIONES POR SU ESTADO DE AGREGACIÓN POR SU CONCENTRACIÓN BIBLIOGRAFÍA WEBGRAFIA

4 Propósito: Explicar por que la química es una ciencia que está presente en todos los aspectos de nuestra vida cotidiana y reconocer la importancia de ella a través de la historia por medio de lecturas y comparaciones enfatizando en el estudio de la materia y sus propiedades. 4

5 La definición de química como la de física hace una división entre la época antigua y la moderna; en la primera los procesos químicos eran realizados por artesanos que habitaban la Mesopotamia, China y Egipto. Al principio se trabajaba con metales nativos como el cobre y el oro, muchas veces en estado puro, pero con el correr de los años, estas personas aprendieron a fundir menas calentándolas con carbón de leña y así obtenían diferentes metales. Luego, aconteció el uso progresivo del hierro y el bronce; se inició así una tecnología química primitiva: se descubrían distintos métodos para fijar tintes, distintas clases de tejidos y ya los alfareros era expertos preparando barnices y fabricando vidrio. Como mencionamos al principio, la física está estrechamente vinculada con la definición de química; desde los tiempos de Tales de Mileto, los filósofos griegos empezaron a cuestionar lógicamente el mundo físico. El mismo Tales estaba seguro de que la materia procedía del agua y que ésta podía solidificarse en Tierra o evaporarse en aire; sus asesores completaron esta idea diciendo que la tierra estaba compuesta por cuatro elementos fundamentales: agua, tierra, aire y fuego. Los mismos, a su vez, estaban compuestos por átomos, es decir, partículas diminutas que se movían en el vacío; Aristóteles fue el más influyente dentro del campo de la química, éste creía que la materia poseía cuatro cualidades: calor, frío, sequedad y humedad y es por eso que cada uno de ellos estaba compuesto por dichas cualidades. La definición de ciencia nos dice que ésta nació de la mano de Lavoisier quien demostró, con una serie de experimentos, que el aire contiene un 20% de oxígeno y que la combustión se generaba de la combinación de una sustancia combustible con oxígeno. Se sustituye rápidamente la teoría del flogisto ya que al quemar el carbono se produce dióxido de carbono y por ende el flogisto no existe. Lavoisier utilizó la balanza de laboratorio para ser mucho más atinado en sus experimentaciones, definió los elementos con el nombre de sustancias que no pueden ser descompuestas a través de medios químicos y sustituye el sistema antiguo de nombres químicos alcanzando la nomenclatura que utilizamos actualmente. La química analítica se hace presente de manera muy fuerte por primera vez en los siglos XIX y XX, los químicos demostraron que los compuestos simples con los que trabajaban contenían cantidades fijas e invariables de los elementos que los constituían. Joseph Gay-Lussac, químico francés, demostró que los volúmenes de los gases reaccionantes siempre se relacionan con números enteros sencillos, y así nace la ley de las proporciones múltiples. La principal importancia de estudiar la química es que sirve como un apoyo para las demás ramas de las ciencias, como la física, biología, medicina, etc... Ayuda a comprender un 5

6 montón de cosas sobre el mundo que nos rodea, y por otro lado lo que decidas estudiar más tarde si tiene relación con alguna ciencia, seguro que involucra a la química. Los beneficios que ha traido a la humanidad son muchos; basta con ver lo que tienes en la despensa de tu casa, y veras que los alimentos vienen acompañados con una serie de sustancias desarrolladas por químicos para poder preservarlos y mantener su sabor. También está presente en los productos para lavar y para el baño, y en productos relacionados con la tecnología como en las pilas, las pantallas de plasma, LCD. La última tendencia en autos "híbridos" que ayudan a descontaminar nuestro planeta involucra el uso avanzado de la química. 1. señala 7 proposiciones importantes del texto. 2. Argumenta cuales de las siguientes afirmaciones son falsas. A. ( ) Aristóteles: pensaba que las sustancias estaban formadas por cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego. B. ( ) Tales de Mileto: La materia procede del agua. C. ( ) Lavoisier: investigó la composición del agua y denominó a sus componentes oxígeno e hidrógeno. D. ( ) Gay Lussac: primero en formular la ley de las proporciones múltiples. 3. Según tu criterio cuál crees que son las aplicaciones más importantes de la química en nuestro mundo moderno? 4. Consulta las biografías y aportes a la química de: A. Tales de Mileto B. Aristóteles C. Lavoisier D. Gay Lussac 6

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8 Existen propiedades que permiten reconocer o diferenciar una sustancia de otra. Según la información que nos brinden y las características de la materia, estas propiedades se pueden clasificar en generales o extrínsecas y específicas o intrínsecas. Son aquellas comunes para todas las sustancias, es decir, que no caracterizan a una sustancias en particular, son propiedades como la forma, el tamaño, la masa, el volumen y el peso. Así, por ejemplo, podemos establecer la masa y el volumen de una sustancia, 30 gramos y 100 mililitros respectivamente, pero esto no es particular para dicha sustancia ya que miles de sustancias pueden tener la misma masa y el mismo volumen, en un momento determinado. LA MASA: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, se mide con la balanza. En el Sistema Internacional de Unidades (SIU), la masa se mide en kilogramos (kg). Sin embargo, los cuerpos con masa pequeña se miden en gramos (g). El peso es una fuerza y se mide con el dinamómetro, expresándose en ciertas unidades de fuerzas llamadas dinas o en newton. Balanza de tres brazos, muy utilizada para medir entre 1gr y 1000gr. 8

9 PESO: Es la medida de la fuerza de atracción entre la tierra y los cuerpos. Esta atracción se denomina fuerza de gravedad y depende de la masa de los cuerpos. La masa de los cuerpos es constante en cualquier lugar. Sin embargo el peso no es constante, lo cual se debe a que la fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre los cuerpos cambia, y aun más si nos alejamos del planeta, como es el caso de los astronautas, que flotan en el espacio. Dinamómetro, inventado por Isaac Newton, se utiliza para medir peso sus unidades son los Newton (N). VOLUMEN: Esta propiedad se refiere al espacio que ocupa un cuerpo. Este concepto aparece de la idea de contenido y se expresa por la relación de tres magnitudes: largo (l), ancho (a) y alto (h). La unidad de medida del volumen es el metro cúbico (m 3 ). Los métodos para medir el volumen de los cuerpos dependen de si son cuerpos sólidos regulares e irregulares, líquidos o gases. El procedimiento a seguir para medir el volumen de un objeto, depende del estado en que se encuentre: gaseoso, líquido o sólido. En el caso de nubes gaseosas el volumen varia considerablemente según la temperatura y presión; también depende de si esta o no contenido en un recipiente y, si lo esta, adopta la forma y el tamaño de dicho recipiente. Si la masa gaseosa esta disuelta en la atmosfera, es difícil precisar que se entiende por volumen. El volumen de un líquido se mide con instrumentos, generalmente recipientes que tienen escalas graduadas en centímetros cúbicos (cm 3 ) o mililitros (ml). Tales recipientes son entre otros: probetas, pipetas y frascos graduados y debido a su aplicación en medición de volúmenes se conoce como material volumétrico: Material volumétrico: Bureta, balón de fondo plano, beacker y erlenmeyer. 9

10 Para cuerpos sólidos regulares, según su forma, se utilizan diferentes fórmulas matemáticas en las que se relacionan los lados a las dimensiones largo (l), ancho (a) y alto (h) u otras dimensiones geométricas, como en el caso de la esfera, el radio (r). Volumen del cubo = l x l x l = l 3 Volumen del paralelepípedo = l x a x h Volumen de la esfera = 4/3 π x r 3 Si un sólido tiene una forma a la que no es posible aplicar alguna fórmula conocida, se pueden aplicar otros procedimientos tales como el método de desplazamiento de agua, en el cual dicho desplazamiento es provocado por un cuerpo al sumergirlo en un recipiente con agua. Estas propiedades son particulares a determinadas sustancias y nos pueden ayudar a diferenciarlas de otras con características diferentes. Las propiedades específicas de la materia se dividen en propiedades físicas y químicas. PROPIEDADES FISICAS: Son aquellas que se pueden determinar, por medio de métodos sencillos, que pueden medirse u observarse sin cambiar ni la composición ni la estructura de las sustancias. DENSIDAD: Es la cantidad de masa que posee un cuerpo con relación a su volumen. Para determinar la densidad, se necesita medir la masa (m) y el volumen (v). Masa m g g Densidad = Volumen v c.m 3 ml Por lo tanto, las unidades son unidades de masa, generalmente el gramo, (g), sobre unidades de volumen, por lo general el centímetro cúbico ( cm 3 ) o el mililitro ( ml ). 10

11 Ejemplo: Calcular la densidad del alcohol etílico, sabiendo que 80 ml pesan 64 g. Densidad= Masa Volumen = 64 g = 0,80 g/ ml 80 ml PUNTO DE EBULLICION: Se refiere al momento, en el cual un líquido, empieza a pasar a estado de vapor, por aumento en la temperatura. Por ejemplo el punto de ebullición del agua a nivel del mar es de 100 grados centígrados, es decir que cuando su temperatura alcanza los 100 grados centígrados, el agua liquida comienza a pasar a estado de vapor. PUNTO DE FUSION: Se refiere el momento en el cual un sólido empieza a fundirse para pasar a estado líquido, por aumento de la temperatura del sólido. Es un ejemplo de ello, el hierro que al ser sometido a altas temperaturas, pasa estado líquido. DUREZA: Se refiere a la resistencia que tienen lo cuerpos sólidos a la abrasión y a la deformación. El termino abrasión hace referencia al desgaste por fricción o ralladuras. CONDUCTIVIDAD ELECTRICA: Propiedad que tiene algunos cuerpos de conducir corriente eléctrica (Conductores), detener su paso (semiconductores) o no conducirla (aislantes o dieléctricos). CONDUCTIVIDAD TERMICA: Propiedad que consiste en la transferencia de calor. Los metales son elementos que se caracterizan por tener una buena conductividad térmica. DUCTIBILIDAD: Es la propiedad que tiene algunas sustancias que les permite ser reducidas a hilos o láminas. Entre mas dúctil es una sustancia los hilos que se obtiene son mas finos. 11

12 MALEABILIDAD: Propiedad de las sustancias que les permite ser deformadas para obtener casi cualquier forma. Para tener en cuenta Los metales son materia prima para las esculturas, acuñar monedas, construcción. Existen materiales tan duros que resisten a la deformación o las ralladuras, el diamante es uno de ellos Las propiedades químicas de una sustancia se relacionan con la composición de la misma y la capacidad de esta para reaccionar frente a otras y producir nuevas sustancias con propiedades diferentes. Estas propiedades se relacionan con los cambios químicos que se presentan en la materia, cuando esta somete a reacciones de descomposición o de combinación. Este tipo de propiedades se evidencian mediante la transformación de la materia en una reacción, afectando su composición interna. 12

13 OXIDACION Es un proceso de algunas sustancias como los metales que al entrar en contacto directo con el oxígeno del aire o del agua, reaccionan para formar otra sustancia llamada oxido. (buque oxidado: el hierro, reacciona con el oxígeno produciendo óxido de hierro) 2Fe + O2 2FeO COMBUSTIÓN Es un proceso de oxidación que se acompaña de aumento de calor y producción de luz. En general el proceso de combustión libera energía. Es el proceso mediante el cual una sustancia arde en presencia de oxígeno. Las sustancias que arden en la combustión, tales como madera, gasolina o alcohol, se denomina combustible y el oxígeno que favorece la combustión se llama comburente. En la combustión de la madera se libera dióxido de carbono y vapor de agua, el humo se debe a la combustión incompleta. 13

14 1. Desarrolla los siguientes mentefactos conceptuales: PROPIEDADES DE LA MATERIA PROPIEDADES GENERALES PROPIEDADES ESPECIFICAS 14

15 2. En qué consisten las propiedades extrínsecas e intrínsecas de la materia? 3. Establezca semejanzas y diferencias entre masa y volumen. 4. En qué unidades se mide la masa y el volumen de un cuerpo? 5. Qué es densidad? En qué unidades se mide? 6. Completa la siguiente tabla y realiza el procedimiento en el cuaderno. Masa (g) Volumen (ml) Densidad (g/ml) , Mencione 5 ejemplos de oxidación y 5 ejemplos de combustión, que ocurran en nuestra cotidianidad. 8. Construya dos mentefactos conceptuales, uno sobre oxidación y otro sobre combustión. 9. complete el siguiente biograma: a. Medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo. b. Relación masa volumen. c. Espacio ocupado por un cuerpo. d. Especialidad de algunos sólidos de convertirse en hilo con facilidad (inv.). e. Propiedad de algunos sólidos de romperse fácilmente. f. Propiedad de la materia de conducir bien la corriente eléctrica. g. Propiedad de algunos líquidos para evaporarse con facilidad. h. Resistencia de algunos sólidos a ser rayados. i. Propiedades particulares a cada sustancia. 15

16 PRACTICA DE LABORATORIO No 1 Aprendamos a determinar masas tanto para sólidos como para líquidos MATERIALES Y REACTIVOS: Balanza Cinta de enmascarar Cuchara sopera Sal y arroz Agua y aceite PROCEDIMIENTO: Marca con cinta de enmascarar, los vasos de precipitado (vaso 1, vaso 2, vaso 3, vidrio 4). Mide con la balanza, la masa de de los vasos. Registra los valores en la tabla que aparece debajo. Deposita, en un vaso de precipitado, una cucharada de sal y pésalo de nuevo. Escribe, en la tabla, el valor obtenido. Repite el procedimiento depositando una cucharada de arroz. Conserva las sustancias sin perder nada. Vierte agua en un vaso, sin llenarlo hasta el borde. Mide la masa total y escribe el resultado en la tabla. Haz lo mismo con el aceite. Guarda los líquidos. 16

17 Compara las masas de las cuatro sustancias y ordénalas de mayor a menor cantidad de masa: TABLA PARA REGISTRAR Y CALCULAR LAS MASAS Sustancia Masa del Masa del Masa de la recipiente (g) recipiente + la sustancia. sustancia (g) ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS: Cómo se calcula la masa de cada sustancia? Por qué se debe usar un recipiente de reloj para medir la masa de sólidos en polvo? Qué diferencia hay entre medir la masa y medir el peso de un cuerpo? 17

18 PRACTICA DE LABORATORIO No 2 calculemos la densidad MATERIALES Y REACTIVOS: una probetas de 100 ml Las sustancias que se usaron en la parte A de la experiencia Un trozo de metal Agua Toallas de papel PROCEDIMIENTO: Mide una probeta vacía, luego en cada una añade por separado, 50 mililitritos de agua y 50 ml de aceite. Ten presente que la medida correcta se obtiene leyendo la marca de la probeta que coincide con la curvatura inferior que forma el líquido con las paredes de la probeta. En la balanza pesa ambos líquidos. Registra los valores en la tabla que aparece abajo. A los 50 mililitros de agua le adicionas 40 gramos de arroz. Registra el aumento en el volumen del líquido. Vierte en los 50 ml de aceite otros 40 gramos de arroz. Registra el aumento en el volumen del líquido. Compara con los resultados anteriores. Toma la masa de una esfera de cristal. Mide en una probeta, 30 ml de agua. Sumérgela en el agua y registra el valor del nuevo volumen. Repite el procedimiento con las otras dos esferas, sin sacar las que ya se han introducido. Anota, en cada caso el volumen que marca la probeta. 18

19 TABLA PARA REGISTRAR EL VOLUMEN Sustancia Masa Volumen Densidad Cómo se puede hallar la densidad de un líquido y la densidad de un sólido? Cuál es la manera correcta de medir el volumen de sustancias como el arroz? Cuál es el volumen de la esfera? A cuántos mililitros equivale? 19

20 ENCIERRA EN UN CIRCULO LA RESPUESTA CORRECTA 1. La masa es una propiedad general porque cumple con la siguiente característica: A. contribuye a diferenciar una sustancia de otra. B. Es una propiedad que No diferencia una sustancia de otra. C. Es una característica común para todas las sustancias. D. Es la propiedad que determina el espacio que ocupa un cuerpo. 2. Si los elementos metales constituyen materia prima para la esculturas, presentan la siguiente propiedad intrínseca-física: A. Conductividad eléctrica B. Dureza C. Punto de ebullición D. Maleabilidad 3. La combustión es el proceso mediante el cual una sustancia arde en presencia del oxígeno. Por lo tanto podemos deducir que: A. Es un proceso de oxidación que se acompaña de aumento de calor y producción de luz. B. Es un proceso que no libera energía. C. Es un proceso que requiere de bajas temperaturas. D. Es un proceso que requiere sustancias aislantes y un comburente 4. Espacio que ocupa un cuerpo en el espacio: A. Masa B. Peso C. Volumen D. Densidad 5. Fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo: A. Masa B. Peso C. Volumen D. Densidad 20

21 6. El punto de ebullición se refiere al momento en el cual un líquido empieza a evaporarse para pasar a gas. La figura corresponde a esta propiedad es: A B C D 7. La densidad es una propiedad específica de la materia porque cumple con la siguiente característica: A. Estudia cambios en la masa de un cuerpo B. Permite a las sustancias ser reducidas a láminas. C. Permite diferenciar una sustancia de otra D. Es igual en todas las sustancias 8. Propiedad donde los materiales duros que resisten a la deformación o ralladuras: A. Maleabilidad B. Ductibilidad C. Dureza D. Conductividad 9. El aluminio puede ser reducido a laminas, esta propiedad se denomina: A. Maleabilidad B. Ductibilidad C. Dureza D. Conductividad 10. La siguiente es una propiedad general de la materia A. Densidad B. Solubilidad C. Dureza D. Peso Analiza si las siguientes afirmaciones son ciertas o no y justifica tu respuesta: a. los gases no pesan. 21

22 b. El plomo tiene más masa que la arena. c. Un bloque de hierro es más denso que una limadura de hierro. 22

23 Propósito: Comprender la estructura básica del átomo, manejar magnitudes que permitan cuantificar su estudio y argumentar por que el descubrimiento del átomo ha evolucionado a través de la historia, representado en los modelos atómicos por medio de lecturas y comparaciones. 23

24 1. Los estudios químicos industriales tienen su origen en la revolución industrial inglesa en el siglo XVIII, Alemana y estadounidense en el siglo XIX. 2. Se desarrolla la industria orgánica (industrias tintoreras y farmacéuticas) y la industria genética para producir microorganismos con miras a beneficiar procesos industriales. 3. En general, la industria química ha influido en nuestra vida. 4. La química se inicia en la búsqueda de sustancias (el hierro, la madera, algunos extractos de plantas) que pudieran servir en diferentes actividades como la medicina. 5. Sin embargo, después de la revolución industrial, la química no solo pudo desarrollar el estudio sobre sustancias ya existentes, sino que inicio una larga carrera en la producción de nuevas sustancias que mejoraban sus características, creando varias clases de plásticos, telas, fármacos y otros productos más económicos y eficaces. 6. En síntesis el estudio sobre las propiedades de la materia se desarrolló gracias a investigaciones hechas en busca de nuevos materiales. 7. Sin embargo hay que decir que varias sustancias han llegado a tener efectos secundarios sobre los seres vivos. 8. Así mutaciones, cáncer, intoxicaciones e infecciones son solo algunas de las consecuencias del contacto con sustancias que resultan de los procesos de fabricación (desechos industriales), materiales radioactivos y pesticidas entre otros. 9. Por todo lo anterior, y en respuesta a la necesidad de equilibrio de los seres, surgen nuevas ramas de la ciencia como la ecología cuyo objetivo es el de concienciar sobre el cuidado de los recursos y la conservación del ambiente. 1. La lectura está numerada en 9 proposiciones, escoge tres de estas según tu criterio son las más relevantes y justifica en tu cuaderno el porqué de tu elección. 2. Describe en una página cómo crees que hubiese sido el avance industrial hasta hoy sin el desarrollo de la química, cómo crees que se vería un supermercado? Explica. 3. Desarrolla en tu cuaderno un mentefacto conceptual sobre la importancia de la química. 24

25 Todos sabemos que estamos rodeados de materia, que la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y que existen muchos tipos diferentes de materia como: mezclas y sustancias puras, compuestos y elemento. Nos imaginamos un mundo lleno de materia por todas partes y que sólo existe el vacío fuera de nuestro planeta, entre las estrellas, planetas y galaxias. Sabemos que, si tomamos una mezcla la podemos separar en sus componentes. Que si esos componentes son compuestos los podemos separar en elementos. Parece que estos elementos son como ladrillos con los que se puede construir cualquier materia. Actividad: reflexiona acerca de las siguientes cuestiones y da una opinión personal a cada una de ellas en tu cuaderno: de qué están hechos estos elementos? podemos seguir separando y dividiendo la materia en trozos 25

26 cada vez más pequeños indefinidamente? hay algún límite? de qué están formados los elementos? En qué se diferencias unos elementos de otros? Está realmente todo el espacio lleno? El átomo: En química y física, átomo (del latín atomum, y éste del griego ἄτομον, indivisible) 1 es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas. El átomo en la antigüedad: Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron: Leucipo Demócrito En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división"). 26

27 La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en: 1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles. 2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño. 3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos. Empédocles En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego. 27

28 Aristóteles Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad. En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo. 28

29 En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton: 1. Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos. Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos 2. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades. 3. Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante. 29

30 De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones: Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales. Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante. Actividad: elabora tres mentefactos conceptuales en tu cuaderno acerca de las definiciones según John Dalton de àtomo-elemento y compuesto. EL ÁTOMO ES DIVISIBLE Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas. 30

31 Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C). Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen. La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro. A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia: El átomo contiene partículas materiales subatómicas. Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental. Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa. Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones). Los sentidos no permiten conocer la materia, a medida que pasamos de lo macroscópico (sustancias) a lo microscópico (átomos y moléculas), pero los científicos cuentan con medios para comprender mejor la estructura de esos átomos y moléculas que la constituyen. Entre éstos se encuentran la exposición de los elementos a diferentes manifestaciones de energía, como la eléctrica. Cuando se interpretan los resultados de los experimentos, se proponen 31

32 modelos o representaciones de las partículas elementales del átomo. A final del siglo XIX, el físico inglés Joseph John Thomson ( ) descubrió que los átomos no eran simples esferas sólidas, como las había descrito Dalton. Mediante sus experimentos, relacionados con la interacción de la materia con la electricidad, Thomson descubrió la existencia de partículas atómicas con carga eléctrica negativa en el átomo, a las cuales denominó electrones, se proponen modelos o representaciones de las partículas elementales del átomo. Fig. 1 Joseph John Thomson. A final del siglo XIX, el físico inglés Joseph John Thomson ( ) descubrió que los átomos no eran simples esferas sólidas, como las había descrito Dalton. Mediante sus experimentos, relacionados con la interacción de la materia con la electricidad, Thomson descubrió la existencia de partículas atómicas con carga eléctrica negativa en el átomo, a las cuales denominó electrones. 32

33 Fig. 2 Primer modelo electrónico de la materia. Fig. 3 Modelo planetario del átomo de sodio (Na). Los electrones describen órbitas alrededor del núcleo, donde se encuentran los protones. Este científico inglés sabía que el átomo era eléctricamente neutro; es decir, no posee carga positiva ni negativa, por lo que desarrolló un modelo según el cual los electrones estaban insertos en una esfera con carga positiva (Fig. 2). De este modo, la carga de los átomos era 0. Dicho modelo fue mejorado pronto por un alumno de Thomson: el neozelandés Ernest Rutherford ( ), quien demostró, en 1911, que los átomos tenían también partículas positivas, a las que denominó protones. Estas partículas poseen una gran masa, comparada con la de los electrones. En el modelo propuesto de Rutherford, los protones están concentrados en una pequeña área, situada en el centro del átomo, que el investigador denominó núcleo Fig. 3). De acuerdo con este modelo, el átomo consiste básicamente en un espacio vacío. El núcleo es muy pequeño en relación con el tamaño total del átomo, pero contiene prácticamente toda la masa de éste, pues la masa de los electrones es despreciable para fines prácticos. 33

34 Completa el siguiente mentefacto conceptual MODELO ATÓMICO DE THOMSON El químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de Rutherford". Este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo. En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que: La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente. 34

35 Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión. El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que: El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa. La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo. Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia. Modelo atómico de Rutherford, publicada en el 1.911Ernst Rutherford ( ) identifico en dos tipos de las radiaciones emitidas por el urania a las que llamo a las que llamó alfa (a) y beta (b). Poco después Paul Villard identifico un tercer tipo de radiaciones a las que llamo gamma (n). LLEGO LA HORA DE APLICAR CONCEPTOS MODELOS ATÓMICOS 35

36 LOS NEUTRONES: La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo de los átomos. Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones. Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón. NUEVOS HECHOS, NUEVOS MODELOS El modelo atómico de Rutherford era incapaz de explicar ciertos hechos: La carga negativa del electrón en movimiento iría perdiendo energía hasta caer contra el núcleo y esto haría que los átomos fuesen inestables. Al hacer pasar radiación visible por un prisma, la luz se descompone en los colores del arco iris, esto se conoce como espectro continuo de la luz visible: Pues bien, la luz que emiten los átomos de los elementos dan lugar a espectros discontínuos: 36

37 El hecho de que cada átomo tenga un espectro de rayas distinto y discontinuo debe estar relacionado con su estructura. Esto no se podía explicar con el modelo de Rutherford. Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran: 1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo. 2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía. LA DISTRIBUCIÓN DE ELECTRONES 37

38 Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos. De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía: En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones. En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones. En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones.... La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como estructura o configuración electrónica del elemento. Ejemplos: 2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2). Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas. 10Ne -> (2,8) 18Ar -> (2,8,8) 11Na -> (2,8,1) 15P -> (2,8,5) A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias. MODELO ATÓMICO ACTUAL El modelo atómico actual del átomo se construye a partir de los siguientes supuestos: Como el electrón es una partícula en movimiento, lleva asociada una onda. Puesto que no es posible conocer todo sobre el electrón durante todo el tiempo, se emplean los números Cuánticos Según esto, el átomo quedó constituido así: Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones. 38

39 Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo. Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro. IDENTIFICACIÓN DE LOS ÁTOMOS Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento. Por ejemplo: Todos los átomos de hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en su núcleo, todos los átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo..., y esto permite clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones. Número atómico: Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: Z X. Ejemplos: 1 H, 8 O, 26 Fe. Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: A X. Ejemplos: 1 H, 8 O, 26 Fe. De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo: 3 1 H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3-1 = 2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón. 39

40 Isótopos A comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa. Es decir, el número de neutrones puede variar para átomos del mismo elemento. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones, respectivamente, por lo tanto la masa atómica para cada isótopo del Hidrógeno es 1gr, 2gr y 3gr respectivamente. Consultar: cuál el nombre de los tres isótopos del Hidrógeno y los isótopos del carbono. 1. Escribe en el espacio en blanco la letra del término que corresponde a cada descripción Es una partícula del núcleo que no tiene carga eléctrica. Es una partícula que se halla en el núcleo y que tiene carga positiva. Es una partícula con distinta cantidad de neutrones. Es una partícula con carga negativa que se halla fuera del núcleo. Contiene la mayor parte de la masa del átomo. Es la unidad del SI que se usa para expresar las masas de las partículas atómicas. A. neutrón B. electrón C. protón D. isotopos E. Unidad de masa atómica F. núcleo 40

41 2. Completar las siguientes frases. a) El átomo más simple es el átomo de. Tiene un número atómico y una de 1. b) Los neutrones del evitan que dos o más protones se alejen. c) Si construyes un átomo usando dos protones, dos neutrones y dos electrones, d) Construyes un átomo de. e) Un átomo no tiene que tener la misma cantidad de y de se denomina isotopo. 3. Qué conocimientos se tenían de la estructura del átomo antes de que Rutherford realizase su experimento? 4. Explica, con tus palabras, el experimento de Rutherford. 5. Señala las afirmaciones correctas. a) Rutherford descubrió que el átomo era prácticamente hueco. b) Rutherford descubrió que casi toda la masa del átomo se encontraba alrededor de un c) núcleo muy pequeño y hueco. d) Rutherford descubrió la existencia de neutrones. e) Rutherford descubrió la existencia de electrones. 6. Señala las afirmaciones correctas. a) En valor absoluto, la carga de un electrón y de un protón son iguales. b) La carga de un protón y de un neutrón son iguales en valor absoluto. c) El protón tiene carga negativa. d) La masa de un neutrón y de un protón son muy diferentes. e) La masa de un electrón es muy superior a la de un neutrón. 7. Dónde se encuentra cada partícula subatómica? 8. Completa con las palabras claves : Elemento, iones, isótopos, isótopos, número atómico, número másico. Lo átomos del mismo elemento siempre tendrán el mismo (1) pero Puede variar su (2). Átomos del mismo elemento que tienen diferente número de electrones se denominan (3). Átomos del mismo elemento que tienen diferente número de neutrones se denominan (4). La masa atómica de un (5) es el promedio de las masas de los (6) Según su abundancia en la naturaleza.

42 En la Tabla periódica de Elementos, los elementos metálicos aparecen en color verde; los no metales en color naranja, y los metaloides en color azul. La mayoría de los elementos son metales. Generalmente son brillantes, y sólo se derriten a altas temperaturas. Su forma puede cambiar fácilmente y pueden ser convertidos en cables o láminas sin romperse. Los metales se corroen, al igual que el desgaste gradual del hierro. El calor y la electricidad viajan fácilmente a través de los metales razón por la cual no es prudente pararse junto a un poste metálico durante una tempestad!. A la derecha de la Tabla Periódica aparecen los no metales, éstos son muy diferentes a los metales. Su superficie es opaca, y son malos conductores de calor y electricidad. En comparación con los metales, son de baja densidad, y se derriten a bajas temperaturas. La forma de los no metales no puede ser alterada fácilmente, ya que tienden a ser frágiles y quebradizos. A los elementos que tienen las propiedades de los metales y no metales se les llama, metaloides. Pueden ser tanto brillantes como opacos, y su forma puede cambiar fácilmente. Generalmente, los metaloides son conductores de calor y de electricidad, de mejor manera que los no metales, y no tan bien como los metales. Los metales de transición son los cuarenta elementos químicos, del 21 al 30, del 39 al 48, del 71 al 80 y del 103 al 12 CORRESPONDEN AL GRUPO B. El nombre de "transición" proviene de una característica que presentan estos elementos de poder ser estables por si mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento 42

43 1. Realizar la distribución de electrones del litio, oxigeno, carbono, sodio, magnesio, nitrógeno, aluminio. 2. Un átomo de Litio (Li) está formado por 3 protones, 4 neutrones y 3 electrones. Cuál es la carga eléctrica total del átomo? Cuáles son sus números: Atómico (Z) y Másico (A)? 3. Para el Uranio, Z = 92 y A = 238. Cuál es el número de protones, de neutrones y de electrones que hay en cada átomo? 4. Apliquen la estructura atómica a los átomos de Potasio, Flúor, Aluminio y Litio. Responder: Cuántos neutrones tiene cada elemento? 5. Dar dos ejemplos de elementos químicos correspondiente a la clasificación de la tabla periódica y en cada caso responder dónde se encuentran sus últimos electrones: Elementos representativos. Elementos de transición. Elementos metálicos Elementos no metálicos 6. Completar la siguiente taba NOMBRE SIMBOLO Z A NEUTRONES PROTONES ELECTRONES manganeso Francio Fósforo Astato Yodo Litio Carbono Boro azufre paladio Aluminio fluor Argón 43

44 La mayoría de las ideas fundamentales la ciencia son esencialmente sencillas y, por regla general pueden ser expresadas en un lenguaje comprensible para todos (Albert Einstein, , físico alemán nacionalizado estadounidense) Propósito: Identificar las sustancias puras con sus principales características, estableciendo la diferencia entre mezclas homogéneas y heterogéneas, para dar ejemplos de cada una y determinar las principales técnicas de separación de mezclas. 44

45 ENUNCIACIÓN: LECTURA AFECTIVA Desde siempre, el hombre se ha preguntado sobre la constitución de la materia, sobre laminita porción de materia que podía apreciar con sus sentidos. Por unos momentos podemos ponernos en el lugar del hombre primitivo: si el cogía por ejemplo un pedazo de oro cuantas veces podía cortarlo, de manera que las partículas más pequeñas seguirían siendo oro. Podría cortarlo indefinidamente?. En otras palabras puede dividirse continuamente la materia o existe finalmente partículas diminutas?. El tamaño era definitivamente la única diferencia entre el trozo de oro original y los que resultaban después de partirlos hasta donde era posible; de esta manera podría llegar a la conclusión de que un trozo de oro estaba constituido por muchos trozos de oro más pequeños que de alguna manera estaban unidos para formar un trozo grande. La primera persona de quien se tiene una hipótesis al respecto fue el filósofo Griego Leucipo, que concibió la materia como algo discontinuo, hecha de un sin número de partículas indestructibles y muy pequeñas que se encontraban en movimiento perpetuo. Demócrito principal discípulo de Leucipo también creía que existía un límite que debía haber una partícula de oro (en nuestro ejemplo) que ya no podía dividirse más; utilizo la palabra átomo (sin división, no cortable). Además Demócrito decía que los átomos poseían cuatro características básicas: Posición, tamaño, forma e impenetrabilidad. Aristóteles no estuvo de acuerdo con la teoría de Demócrito, rechazo la teoría del átomo e insistió en que la materia si puede dividirse indefinidamente (Teoría continuista). Solo desde principios del siglo XIX, en 1808, el maestro de escuela John Dalton formulo una nueva teoría atómica. Para Dalton, los átomos eran esferas tan pequeñas que eran indivisibles, pero que por naturaleza eran sólidas y dotadas de movimiento; su principal diferencia con los filósofos de la antigüedad consistió en uno de los principios fundamentales de la química moderna: Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre si y por consiguiente tienen el mismo peso, y difieren de los átomo de cualquier otro elemento. Así cuando dos átomos se une para formar un compuesto, todas las partículas de este compuesto tendrán el mismo peso. Este enunciado se constituyó en la ley de las proporciones definidas, que convirtió a la química desde ese momento, enana ciencia cuantitativa. SIMULACIÓN 1. Encuentra el significado de los siguiente términos: a. Discreto: 45

46 b. Hipótesis: c. Elemento: d. Compuesto: Recordemos un poco los aportes de algunos personajes, según la lectura anterior: LEUCIPO DEMOCRITO DALTON ARISTÓTELES 46

47 La materia que se encuentra en la naturaleza rara vez consiste de una sustancia única, siempre está conformada por una mezcla, las cuales son sistemas heterogéneos que se caracterizan por tener una composición variable y conservar las propiedades de sus componentes; por el contrario las soluciones son sistemas homogéneos, uniformes en el que las sustancias en mayor cantidad suele llamarse solvente y la de menor cantidad soluto. Los químicos normalmente trabajan con sustancias puras. Para obtenerlas es necesario separarlas de una mezcla. El término separación se puede considerar como operación encaminada a dividir una mezcla de dos o más compuestos en al menos 2 partes de distinta composición. La importancia de la técnica de separación ha crecido de forma exponencial y ha hecho progresar la Química. La gran cantidad de técnicas de separación y los estudios teóricos sobre estas, así como las ínter correlaciones de distintas técnicas, ha hecho de que hablemos de Técnicas de SEPARACIÓN. Hay varios métodos para separar los componentes de una mezcla. En el laboratorio son comunes los siguientes: Decantación. Filtración. Destilación. Cristalización. Magnetismo. Cromatografía. Centrifugación. Evaporación. Estas son algunas técnicas utilizadas en el laboratorio que nos servirán de base en la separación de ciertas mezclas, además de aprender las propiedades físicas y químicas de algunas sustancias o componentes que conforman dicha mezcla. 47

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49 MEZCLAS: Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras (elementos y/o compuestos), pero su unión es solo aparente, ya que los componentes no pierden sus características originales. Ejemplos: Agua de jamaica, azufre y azúcar, latón, bronce, agua de mar, etc. Las mezclas homogéneas están formadas por una sola fase, es decir, no se pueden distinguir las partes, ni aún con la ayuda de un microscopio eléctrico, presenta la misma composición en cualquiera de sus partes. Las mezclas homogéneas se caracterizan porque físicamente no se aprecia que estén formadas por diferentes constituyentes. Para separar los componentes de una disolución se utilizan técnicas como la cromatografía, la destilación o la cristalización fraccionada. Ejemplo: Los coloides: son partículas con un tamaño que oscila entre 10-7 y 10-5 cm. Estas mezclas tienen una fase dispersante (disolvente) y una fase dispersa (soluto); ejemplo: leche, gelatina, quesos, etc. Las soluciones: tienen un tamaño de partícula menor de 10 8 cm. y sus componentes son soluto y solvente. El soluto se disuelve en el solvente y se encuentra, generalmente, en menor proporción que éste.; ejemplo: agua de mar, limonada, te, refrescos, alcohol, etc. Las mezclas heterogéneas están físicamente separadas y pueden observarse como tales. Se caracterizan porque se aprecia físicamente de qué están formados sus constituyentes y cada uno conserva sus propiedades, también se dice que en una mezcla heterogénea se aprecian diferentes fases. Estos componentes se pueden recuperar por procedimientos físicos, como la filtración, la decantación o la separación magnética. Por ejemplo, si agregamos arena a un recipiente con agua, aunque son humedecidos por el agua, los granos de arena permanecen enteros; por lo tanto se tiene una fase sólida y una líquida. Hay dos tipos de mezclas heterogéneas: mezclas groseras y suspensiones. Mezclas groseras: Son aquellas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato. Suspensiones: Son las que tienen partículas finas suspendidas en agua u otro líquido por un tiempo y luego se sedimentan; por ejemplo: arena y agua. 49

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51 Sustancias puras: Elementos y compuestos Los elementos son sustancias que no pueden descomponerse en otras más simples. Son algo así como los ladrillos de la química. Los nombres de los elementos se representan mediante símbolos. Existen dos reglas para escribir un símbolo correctamente: Si el símbolo es una sola letra, ésta debe ser mayúscula. Ejemplos: C (carbono), H (hidrógeno), S (azufre), etc. Si el símbolo tiene dos o tres letras la primera es mayúscula y las demás son minúsculas. Ejemplos: Na (sodio), Hg (mercurio), Cl (cloro), La abundancia de los elementos es muy diversa, dependiendo que la referencia. A continuación se muestran tres gráficas que representan la abundancia de los elementos en el universo, en la corteza terrestre, agua y atmósfera terrestres y en el cuerpo humano. Los compuestos son sustancias que pueden descomponerse químicamente en sus constituyentes. Los elementos forman los compuestos en una composición fija y constante para cada uno de ellos. Hay compuestos formados por dos o más elementos. Átomo: Es la mínima parte de un elemento que conserva las propiedades de dicho elemento. Molécula: Es la mínima parte de un compuesto que conserva las propiedades de dicho compuesto. Las moléculas están formadas por átomos. Los subíndices de las fórmulas moleculares nos indican el número de átomos de cada elemento presente en una molécula. Observe los siguientes elementos. En un estado natural de las sustancias generalmente forman mezclas. Existen métodos para separar los componentes que las forman por lo cual se debe tomar en cuenta el estado natural de la mezcla y de sus componentes. 51

52 Existe gran cantidad de sustancias químicas que, para identificarlas, se separan en sistemas homogéneos sencillos para conocer su utilización y composición, utilizan procesos que reciben el nombre de Análisis Químicos. Hay varios métodos para separar los componentes de una mezcla. En la práctica de laboratorio se emplearon las siguientes técnicas de separación: Filtración Se trata de una operación que permite separar mezclas heterogéneas (sólido-líquido) mediante filtros. Tal y como se puede observar en la imagen el papel retiene la parte sólida y la separa de la líquida que se precipita en interior del recipiente. Puede realizarse de dos formas distintas: por presión atmosférica o al vacío. Decantación Se trata de una operación, basada en la diferencia de densidades, que se utiliza cuando la distinción de los componentes de la mezcla son muy evidentes. Normalmente se utiliza para mezclas de dos líquidos no miscibles o de sólidos en líquidos. Sedimentación Se trata de una operación, también basada en la diferencia de densidades de los componentes de la mezcla, que permite separar mezclas heterogéneas (sólido-líquido) mediante precipitación. 52

53 Centrifugación Se trata de una operación que, atada a la decantación, está destinada a la separación de componentes de mezclas heterogéneas y homogéneas. Atracción con un imán Se trata de una operación que está destinada a la separación de un componente metálico (sólido) con otro no metálico (sólido). Evaporación Se trata de una operación que consiste en eliminar los componentes volátiles no deseados de una mezcla mediante el calentamiento a una temperatura inferior al punto de ebullición Destilación Se trata de una operación que consiste en la separación de una mezcla de dos líquidos miscíbles, primeramente mediante una evaporización y posteriormente con una condensación. Esta operación se basa en los diferentes puntos de ebullición de los líquidos que la forman. Hay dos tipos de destilaciones: la simple, que se utiliza para separar un líquido de la mezcla cuando el resto no son 53

54 volátiles, o para separar líquidos con puntos de ebullición distintos. Por otra parte, la destilación fraccionada es la que se utiliza para separar líquidos con puntos de ebullición próximos. Cristalización Se trata de una operación que permite extraer un sólido o soluto que está disuelto en un líquido o disolvente. Se basa en la concentración de la disolución hasta saturarla. Entonces dejamos que se enfríe, su solubilidad disminuye y entonces el soluto empieza a separarse del disolvente en forma de cristales sólidos que se van depositando. 1. Desarrolla los siguientes mentefactos conceptuales: SUSTANCIAS PURAS 54

55 MEZCLAS 2. Identifica los siguientes ejercicios como mezcla, compuesto o solución. Explica cómo separarías las partículas. Ensalada de lechuga y tomate Lodo Cereal con leche sodio Sal y pimienta Agua: H 2 O Dióxido de carbono: CO 2 Limonada aluminio Coca-Cola Mezcla, compuesto o solución? Cómo lo separas? 55

56 Agua salada Agua gasolina Agua azucarada Hierro y sal Agua- aceite 3. De los siguientes métodos de separación elige aquellos que se emplean mayoritariamente para separar mezclas heterogéneas. a) Decantación b) Centrifugación c) Destilación d) Cristalización e) Cromatografía f) Filtración g) Separación magnética. 4. Responda las preguntas a y b de acuerdo a los esquemas que se muestran a continuación: a. Asigne el nombre a las siguientes técnicas de separación de mezclas b. Explicar que técnicas se puede emplear para separar las siguientes mezclas: Agua y arena Agua y alcohol Agua y sal Agua y piedras 56

57 1. La piscina donde nadan se limpia con cloro. La adición del cloro al agua produce una solución porque el cloro A. se distribuye homogéneamente en el agua. B. se pierde al mezclarse con el agua. C. se evapora dentro de la piscina. D. se acumula en el fondo de la piscina. 2. Los niños elaboran varias figuras de animales con arena húmeda y las dejan expuestas al sol por algún tiempo. Al regresar, las figuras están secas y desmoronadas debido a que A. la mayor parte del agua se ha evaporado. B. el agua se ha combinado con la arena. C. la arena se ha descompuesto. D. el agua se ha condensado. 3. Al jugar con arena los niños desean saber si en el agua la arena se comporta de la misma manera que la sal. Toman dos vasos con agua y adicionan una cucharada de arena en uno de los vasos y una de sal en el otro y los agitan por varios minutos. La ilustración que mejor representa el resultado es: 4. Manuel ha aprendido que la fórmula del agua es H2O. Esta fórmula representa A. una mezcla homogénea conformada por hidrógeno y oxígeno. B. una mezcla heterogénea conformada por hidrógeno y oxígeno. C. un compuesto conformado por hidrógeno y oxígeno. D. un elemento conformado por hidrógeno y oxígeno. 57

58 5. Diana leyó que en algunas regiones del norte de América los lagos comienzan a congelarse a finales de noviembre y se descongelan alrededor de marzo. Entre noviembre y marzo ocurre un cambio A. químico, porque varía la composición del agua. B. físico, porque el agua se transforma en otro material. C. químico, porque a partir del agua se obtiene una nueva sustancia. D. físico, porque sólo varía el estado físico del agua. 6. Para cocinar los alimentos un ama de casa utiliza estufa eléctrica, otra emplea estufa de gas natural y otra emplea una estufa de carbón. Frente a la situación anterior, es válido afirmar que existe un proceso de combustión A. en las estufas 1 y 2. B. sólo en la estufa 1. C. en las estufas 2 y 3. D. sólo en la estufa Las aguas del mar Muerto son tan saladas que cualquier persona puede flotar en ellas más fácilmente que en un lago de agua dulce. Esta afirmación es A. falsa, porque la sal se encuentra disuelta en el agua y por eso no afecta en nada la flotación. B. cierta, porque el agua con mucha sal tiene mayor densidad y ejerce mayor empuje hacia la superficie. C. falsa, porque el peso de las personas es el mismo en las dos aguas. D. cierta, porque la densidad de las personas es la misma en las dos aguas. PRÁCTICA DE LABORATORIO Experimento 1: Separación de los componentes de una mezcla que difieren en sus solubilidades en agua. Aquí se separó una mezcla de arena y sal usando las técnicas de disolución, decantación, filtración y evaporación. Hemos utilizado para hacer este experimento: Vaso de precipitados Embudo Papel de filtro Probeta o Cilindro Graduado. Barita para agitar Vidrio de reloj Balanza 58

59 Soporte Universal Una mezcla de arena y sal. Agua destilada. Procedimiento: Iniciamos el experimento colocando en un vaso precipitado de 100 ml, un (1) gramo de la mezcla de sal y arena. Luego Montamos un equipo de filtración. (En un soporte Universal se monta un embudo y dentro del embudo se dobla un papel de filtro) Le Añadimos 3 ml de agua destilada a la mezcla de arena-sal, lo agitamos, decantamos la solución sobre el papel del filtro y luego recogimos la solución en un vaso precipitado de 100 ml. Después añadimos 3 ml más de agua, agitamos nuevamente y transferimos la arena con el agua al papel de filtro. Experiencia 2: Separación de los componentes de una mezcla de líquidos inmiscibles. Materiales Utilizados: Embudo de decantación. Cilindro Graduado. Vaso Precipitado. Agua Destilada. Aceite. Añadimos a un embudo de decantación aproximadamente 5 ml de aceite con agua, agitamos suavemente y dejamos reposar por 5 min., después abrimos la llave y separamos los dos componentes de la mezcla. Podría utilizar la técnica de decantación, mediante el uso de un embudo de decantación para separar las siguientes mezclas. Gasolina y Aceite. La técnica de decantación es útil cuando se tiene mezclas cuyos componentes poseen densidades diferentes. 59

60 Una solución de agua y vinagre no puede ser separado mediante esta técnica, al igual que la solución de agua - gasolina por tener densidades muy similares, pero la solución de gasolina - aceite si por su diferencia de densidades. Ejemplos de mezclas que usan el método de destilación para separar sus componentes La limonada (agua y Limón) se podría separar utilizando la destilación Una Mezcla de agua, alcohol isopropílico y kerosén es otro ejemplo donde el método utilizado para separar sus componentes es la destilación. En general las soluciones que son mezclas homogéneas usan la técnica de destilación para separar sus componentes 60

61 Propósito: Determinar las principales características físico-químicas de las soluciones, la relación entre soluto y solvente y las diferentes unidades de concentración que se utilizan comúnmente en el trabajo de laboratorio. 61

62 En química, una disolución (del latín disolutio) es una mezcla homogénea, la cual a nivel molecular o iónico de dos o más especies químicas no reaccionan entre sí; cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. Toda disolución está formada por un soluto y un medio dispersante denominado disolvente. También se define disolvente cómo la sustancia que existe en mayor cantidad que el soluto en la disolución y en la cual se disuelve el soluto. Si ambos, soluto y disolvente, existen en igual cantidad (como un 50% de etanol y 50% de agua en una disolución), la sustancia que es más frecuentemente utilizada como disolvente es la que se designa como tal (en este caso, el agua). Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y uno o más disolventes. Una disolución será una mezcla en la misma proporción en cualquier cantidad que tomemos (por pequeña que sea la gota), y no se podrán separar por centrifugación ni filtración. Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama). Se distingue de una suspensión, que es una mezcla en la que el soluto no está totalmente disgregado en el disolvente, sino dispersado en pequeñas partículas. Así, diferentes gotas pueden tener diferente cantidad de una sustancia en suspensión. Mientras una disolución es siempre transparente, una suspensión presentará turbidez, será traslúcida u opaca. Una emulsión será intermedia entre disolución y suspensión. Haciendo una disolución de agua salada, disolviendo sal de mesa (NaCl) en agua. 62

63 Características generales de las disoluciones Son mezclas homogéneas La cantidad de soluto y la cantidad de disolvente se encuentran en proporciones que varían entre ciertos límites. Normalmente el disolvente se encuentra en mayor proporción que el soluto, aunque no siempre es así. La proporción en que tengamos el soluto en el seno del disolvente depende del tipo de interacción que se produzca entre ellos. Esta interacción está relacionada con la solubilidad del soluto en el disolvente. Sus propiedades físicas dependen de su concentración Sus componentes se separan por cambios de fases, como la fusión, evaporación, condensación, etc. Tienen ausencia de sedimentación, es decir al someter una disolución a un proceso de centrifugación las partículas del soluto no sedimentan debido a que el tamaño de las mismas son inferiores a 10 Ángstrom ( ºA ). El hecho de que las disoluciones sean homogéneas quiere decir que sus propiedades son siempre constantes en cualquier punto de la mezcla. Las propiedades que cumplen las disoluciones se llaman propiedades coligativas. 1. explica en un solo párrafo la idea central del texto 2. Cómo se define una disolución? 3. Cómo se diferencia una disolución de una suspensión? 4. Mencione 5 características de las soluciones. 5. consulta que es el ácido muriático, cuál es su fórmula molecular y que aplicación práctica tiene en el hogar 63

64 sólidas líquidas Sólido en sólido: aleaciones como zinc en estaño (latón); Gas en sólido: hidrógeno en paladio; Líquido en Sólido: Mercurio en plata Líquido en líquido: alcohol en agua; Sólido en líquido: sal en agua (salmuera); Gas en Sólido: oxígeno en agua Gas en gas: oxígeno en nitrógeno; gaseosas Gas en líquido: gaseosas, cervezas; Gas en Sólido: hidrógeno absorbido sobre superficies de Ni, Pd, Pt, etc. Solución Saturada: es aquella que no admite más cantidad de soluto que el que está disuelto, por lo que se considera una solución en equilibrio. Solución No Saturada: contiene menor cantidad de soluto que el que se puede disolver en ella; es una solución próxima a la saturación. Solución Sobresaturada: es aquella que contiene mayor cantidad de soluto que la que corresponde a la concentración en equilibrio. 64

65 Concentración de las soluciones: La concentración expresa una relación matemática entre soluto y solvente, entre solvente y solución o entre soluto y solución. La concentración en términos cualitativos permite conocer si una solución es diluida o concentrada. Se considera que una solución es diluida cuando contiene una pequeña cantidad de soluto en relación con la cantidad de solvente, el cual se encuentra en mayor proporción. Una solución es concentrada si contiene una cantidad apreciable de soluto en relación con la cantidad de solvente. Representación de una solución en términos cuantitativos. Una solución puede representarse en términos porcentuales, indicando la cantidad de soluto disuelto en cada cien partes de solución. Las cantidades pueden expresarse en masa o volumen, mediante tres (3) tipos de relaciones porcentuales: a): Relación masa-masa: expresa la masa de soluto en gramos disuelta en 100 gramos de solución. La fórmula a utilizar es: b): Relación volumen-volumen: expresa el volumen de soluto en centímetros cúbicos (cc o cm 3 ) disueltos en 100 cm 3 de solución. La fórmula a utilizar es: 65

66 c): Relación masa-volumen: expresa la masa de soluto en gramos disuelta en 100 cm 3 de solución. La fórmula a utilizar es: Propiedades de algunas mezclas importantes. Las aleaciones: son materiales formados por una mezcla de sustancias con propiedades metálicas; permiten cambiar la conductividad, dureza, maleabilidad, etc. de los metales. Podemos mencionar algunos ejemplos de aleaciones: el latón (cobre y zinc), el oro que se emplea en joyería (oro, plata y cobre) y la amalgama usada en dentistería (mercurio y plata). Otra aleación muy útil es el acero, cuya composición variable ha permitido la fabricación de varios tipos de acero con diversas propiedades. El polietileno: es un polímero con el que se fabrican materiales plásticos. Un polímero es un compuesto formado por muchas moléculas sencillas llamadas monómeros las que se unen para formar largas cadenas que son los polímeros. 66

67 Las cremas para la piel: son emulsiones formadas por lípido y agua, o sea, pequeñísimas gotas de grasa dispersas en el medio acuoso. Existen diferentes tipos de cremas que varían en su composición para adaptarse a cada tipo de piel y a las necesidades de éstas: las emolientes, cuya base es la vaselina y forman una capa que eliminan las células muertas y suavizan la piel; las limpiadoras, que contienen detergentes y eliminan la grasa de la piel y los restos de maquillaje; las humectantes, que contienen agua y evitan la deshidratación de la piel; las nutritivas, que contienen vitaminas y proteínas para conservar la piel lozana y tersa; las solares, que contienen una sustancia bloqueadora para evitar la absorción de los rayos ultravioleta. La gasolina: es una mezcla variable de hidrocarburos volátiles que se obtiene por destilación del petróleo. El tipo de gasolina se determina por sus propiedades. La gasolina tiene la propiedad de detonar; para evitar la detonación se le agrega tetraetilo de plomo que es una sustancia antidetonante; la concentración de éste determina el octanaje del a gasolina, por ejemplo: de 95 octanos, de 91 octanos, de 83 octanos y las sin plomo; todas ellas se expenden en las bombas de gasolina; las de alto octanaje son de mejor calidad pero más costosas. En función de la naturaleza de solutos y solventes, las leyes que rigen las disoluciones son distintas. Sólidos en sólidos: Leyes de las disoluciones sólidas. Sólidos en líquidos: Leyes de la solubilidad. Sólidos en gases: Movimientos brownianos y leyes de los coloides. Líquidos en líquidos: Tensión interfacial. Gases en líquidos: Ley de Henry. 67

68 1. Completar el siguiente mentefacto conceptual SOLUCIONES 2. Qué tipos de soluciones existen. Explique cada una de ellas. 3. Construir un gráfico de solubilidad para las sustancias que se muestran en la tabla: Soluto Solubilidad 20 C 70 C NaCl 36 38,9 KCl 76 77,6 4. Cuál es la diferencia entre coloide, suspensión y solución? 5. Explique cómo es la concentración de soluto y solvente en cada una de las soluciones que se muestran en el dibujo: 68

69 1.- Diseña un experimento mediante el cual pruebes que con métodos físicos puedes separar las sustancias de esta mezcla: AGUA, SAL Y ARENA. Indica claramente los materiales y que usarías y explica el procedimiento. Dibuja el experimento. 2.- Nos han regalado un arbolito para ponerlo en la huerta del colegio. Al hacer el hoyo para plantarlo, se encuentra que la tierra en ese lugar tiene muchas piedrecillas. Cómo podríamos separar las piedrecilas de la tierra más fina? 69

70 3.- Jugando en el patio de su casa Juan, casualmente, tiró arena al agua que bebe el perro en su recipiente como hay un corte de agua. Cómo podría Juan recuperar el agua limpia para que el perro pueda beberla de forma segura? 4.- Marcela, al limpiar su closet, se da cuenta que en su caja se juntaron clips de plástico con clips de acero. Cómo podríamos ayudar a Marcela a separar los clips de acero de los clips de plástico? 70

71 5.- Cómo podrías explicar las diferencias que existen entre MEZCLAS HOMOGENEAS Y HETEROGENEAS (establece 5 de ellas)? Prueba Icfes: 1. Decir que el volumen de etanol en la mezcla etanol/gasolina no debe ser superior al 10% en climas fríos y templados significa que A. el máximo porcentaje de etanol en la mezcla está entre 0-10% en volumen. B. la gasolina en la mezcla debe encontrarse entre el 5-10% del volumen de etanol. C. el contenido máximo de etanol en la mezcla no depende de la temperatura del medio. D. es recomendable adicionar un valor superior al 10% de etanol en la mezcla. 2. En la clase de ciencias, los niños elaboran varias figuras de animales con arena húmeda y las dejan expuestas al sol por algún tiempo. Al regresar, las figuras están secas y desmoronadas debido a que A. la mayor parte del agua se ha evaporado. B. el agua se ha condensado. C. el agua se ha combinado con la arena. D. la arena se ha descompuesto 3. La siguiente tabla muestra algunas propiedades de 4 sustancias. 71

72 De acuerdo con la información de la tabla, es correcto afirmar que una mezcla conformada por las sustancias A. 1 y 4 se puede separar utilizando un imán. B. 1 y 3 se puede separar adicionando agua y filtrando. C. 2 y 4 se puede separar utilizando un imán. D. 2 y 3 se puede separar adicionado agua y evaporando. RESPONDE LAS PREGUNTAS 4 Y 5 DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN En la siguiente tabla se muestran la temperatura de ebullición y la densidad de dos sustancias a 25 C: 4. María toma dos vasos iguales, en uno coloca agua y en el otro alcohol y los calienta hasta alcanzar una temperatura de 85 ºC. A esta temperatura nota que el alcohol se evaporó y el agua no. De acuerdo con la información de la tabla, esto se debe a que A. el alcohol es más frío que el agua. B. la temperatura de ebullición del alcohol es menor que la del agua. C. la densidad de las sustancias es diferente. D. el alcohol se demora más en calentar que el agua por su densidad. 5. María toma dos vasos iguales, uno lo llena con agua y el otro con alcohol, y en cada vaso coloca un cubo de hielo del mismo tamaño. Un tiempo después, observa que el hielo se ha derretido en los dos vasos. Para la mezcla agua-alcohol es correcto afirmar que: A. no se puede volver a separar porque se forma una solución. B. se puede separar por decantación porque el agua es más densa y pesada que el alcohol. C. no se puede volver a separar porque los líquidos son inmiscibles. D. se puede separar por destilación porque las temperaturas de ebullición son diferentes. 6. Darío leyó en un libro que la solubilidad de una sal depende de la temperatura a la cual se disuelve y encontró que la solubilidad la sal X en agua es mayor a mayor temperatura. El experimento más adecuado para comprobar el efecto de la temperatura en la solubilidad de la sal X se representa en 72

73 73

74 GLOSARIO -Materia: Sistema Material porción de materia que se aísla para su estudio. -Sistema Homogéneo Es aquel sistema que en todos los puntos de su masa posee iguales propiedades físicas y químicas (mismas propiedades intensivas). No presenta solución en su continuidad ni aun con el ultramicroscopio. - Sustancia Pura Sistema homogéneo con propiedades intensivas constantes que resisten los procedimientos mecánicos y físicos del análisis. - Simples Sustancia pura que no se puede descomponer en otras. Está formada por átomos de un mismo elemento. - Compuesto Sustancia pura que se puede descomponer en otras. Está formada por átomos de diferentes elementos. - Solución Sistema homogéneo constituido por dos o más sustancias puras o especies químicas. - Soluto Sustancia en menor abundancia dentro de la solución. - Solvente Sustancia cuyo estado físico es el mismo que el que presenta la solución. - Sistema Heterogéneo Es aquel sistema que en diferentes puntos del mismo tiene distintas propiedades físicas y quimeras (distintas propiedades intensivas). Presenta solución en su continuidad (superficie de separación). - Dispersión Grosera Sistemas heterogéneos visibles a simple vista. - Dispersión Fina Sistema heterogéneo visible al microscopio ( A < partículas < A). - Suspensiones 74

75 Dispersiones finas con la fase dispersante liquida y la dispersa sólida. - Emulsiones Dispersiones finas con ambas fases liquidas. Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber. 75

76 Química 2 Editorial Santillana, México 1997 Enciclopedia Microsoft Encarta Enciclopedia Hispánica