Ámbito Científico - Tecnolóxico ESA MÓDULO 3. Unidade Didáctica 3 MESTURAS E DISOLUCIÓNS

Transcripción

1 Ámbito Científico - Tecnolóxico ESA MÓDULO 3 Unidade Didáctica 3 MESTURAS E DISOLUCIÓNS

2 Índice da Unidade: 1 - Substancias puras e mesturas Diferenza entre mesturas e compostos Técnicas de separación de mesturas Disolucións O proceso da disolución Solubilidade Concentración das disolucións Masa de soluto por volume de disolución (g/l) Porcentaxe en masa Porcentaxe en volume Como preparar unha disolución?...10

3 1 - SUBSTANCIAS PURAS E MESTURAS Todos os corpos están formados por materia, pero cada corpo pode estar constituído por varias clases distintas de materia. Por iso debemos distinguir entre substancias puras e mesturas. As substancias puras son aquelas nas que a materia da que están compostos está formada por un só tipo de substancia, presentan unha composición definida e unhas propiedades características e invariables que permiten distinguila de calquera outra substancia. Unha das propiedades características dunha substancia pura é a temperatura de cambio de estado: Cando unha substancia pura cambia de estado, a temperatura mantense constante durante todo o cambio de estado. Existen moitas substancias puras, pero a inmensa maioría delas está formada pola combinación de dúas ou máis substancias máis sinxelas. Segundo se poidan descompoñer ou non en substancias máis sinxelas, podemos clasificar as substancias puras en elementos e compostos químicos. Elementos químicos: Son substancias puras que están formadas por un único tipo de átomo e que non se poden descompoñer por procedementos químicos noutras substancias máis sinxelas. Por exemplo, o osíxeno, o hidróxeno, o nitróxeno, o ferro, o cobre, ou o cinc son elementos químicos. Os dous elementos máis abundantes na codia terrestre son o osíxeno e o silicio, e os máis abundantes nos seres vivos son o carbono, o osíxeno, o hidróxeno e o nitróxeno. Compostos químicos: Son substancias puras formadas por dous ou máis elementos combinados sempre en proporcións fixas e que se poden descompoñer mediante procedementos químicos nos elementos que as constitúen Por exemplo, a auga pódese descompoñer, mediante un proceso chamado electrólise, en dúas substancias puras: o hidróxeno e o osíxeno. Esquema da electrólise 3

4 Os compostos poden ser: Orgánicos: son aqueles compostos que proceden dos organismos vivos e que case sempre conteñen carbono. Por exemplo, o alcohol, o leite, o butano e o azucre. Inorgánicos, son todos os demais. Por exemplo a auga, o amoníaco, o cal vivo, o óxido de ferro e o dióxido de carbono. As mesturas son combinacións de dúas ou máis substancias puras, chamadas compoñentes, de xeito que a súa composición non está definida e as súas propiedades dependen da clase e da proporción dos seus compoñentes. As mesturas poden ser de dous tipos: Mesturas homoxéneas: son as que teñen un aspecto uniforme (todo igual) e non se poden diferenciar a simple vista nin con ningún medio óptico as substancias que a compoñen. As propiedades da mestura (cor, sabor, densidade, temperaturas de fusión e ebulición, etc.) son as mesmas en todo o seu volume, en todos os puntos da mestura homoxénea. Exemplo: auga de mar, leite,... Mesturas heteroxéneas: non presentan un aspecto uniforme a simple vista, as partículas das diferentes substancias que a compoñen poden observarse a simple vista ou con instrumentos ópticos de poucos aumentos (lupa, microscopio). Exemplo: o granito Diferenza entre mesturas e compostos Os compoñentes das mesturas poden existir en calquera proporción mentres que os compostos teñen unha composición fixa e invariable. As substancias que constitúen as mesturas poden separarse por métodos físicos pero os elementos que constitúen os compostos só se poden obter mediante procedementos químicos. Os compoñentes que forman as mesturas conservan as súas propiedades; porén, os compostos teñen propiedades características diferentes das dos elementos que os forman por separado. Nas mesturas os valores da densidade e as temperaturas de cambio de estado varían segundo a proporción na que se atopen os seus compoñentes. Polo contrario, en calquera substancia pura estas propiedades son características e constantes. 4

5 1.2. Técnicas de separación de mesturas Posto que as substancias adoitan atoparse mesturadas entre si, moitas veces é preciso separar os compoñentes, sexa para coñecer cales son estes compoñentes ou sexa para utilizalos por separado. Unha técnica de separación é o procedemento que nos permite separar os compoñentes dunha mestura. Para separar os compoñentes dunha mestura heteroxénea podemos recorrer a unha serie de procedementos físicos dependendo das propiedades das substancias mesturadas. Como: Peneirado. Útil para separar sólidos mesturados que teñan grans de distinto tamaño. Por exemplo podemos separar a area fina mesturada con grava, o café da borra, ou o zume de laranxa da polpa. Filtración. Úsase para separar un sólido que estea en suspensión nun líquido. Consiste en facer atravesar a mestura por un filtro que permite o paso do líquido pero non do sólido así as partículas sólidas quedan retidas no filtro e o liquido pasa a través del (filtrado). Decantación. Permite separar un sólido mesturado cun líquido no cal é insoluble ou ben dous líquidos inmiscibles de diferente densidade. Decantación dun sólido: ao remexer unha mestura entre sólido e líquido e deixar a mestura en repouso durante o tempo suficiente, prodúcese a separación dos compoñentes debido á súa diferente densidade. O sólido deposítase no fondo do recipiente, polo que podémolos separar inclinando o vaso e derramando o líquido noutro recipiente; os sólidos quedarán no vaso orixinal. Podemos así separar, por exemplo, auga e area, ou sal de limaduras de ferro se antes disolvemos o sal. Decantación dun líquido: para separar dous líquidos inmiscibles (que non se mesturan entre si), como auga e aceite introdúcese a mestura nun funil de decantación e se deixa repousar ata que os dous líquidos se separen en dúas capas, logo ábrese a billa e péchase cando falte pouco para que saia o outro líquido. area e auga Peneirado area papel filtro auga Decantación Filtración 5

6 Separación magnética. Está indicada cando un dos compoñentes da mestura é un metal ferromagnético (ferro, cobalto, níquel, etc.). Pódense separar estes metais simplemente pasando un imán pola mestura. Por exemplo, podemos separar así limaduras de ferro mesturadas con limaduras de aluminio. Separación magnética Para separar os compoñentes dunha mestura homoxénea temos que recorrer a outras técnicas que se basean nos cambios de estado, como son: Cristalización. Esta técnica é adecuada cando un sólido se disolveu nun líquido; evaporando o líquido o sólido quedará no fondo do recipiente. Se a evaporación é lenta o sólido formará cristais con formas xeométricas. Este procedemento usase, por exemplo, para extraer o sal da auga do mar. Cristalización Destilación. Permite separar os líquidos dunha mestura se ferven a temperaturas bastante diferentes. Ao quentar a mestura evapórase antes a substancia que ferve a temperatura máis baixa. O vapor desprendido arrefríase, condensa a líquido e recóllese aparte. Destilación 6

7 Cromatografía. Esta técnica baséase en que,cando un disolvente arrastra unha mestura de substancias a través dun soporte, estas móvense a diferente velocidade, o que permite separalas. Hainas de varios tipos sendo a cromatografía en papel unha das mais sinxelas. 2 - DISOLUCIÓNS Unha disolución é unha mestura homoxénea de dúas ou máis substancias. Xa que logo, os seus compoñentes non se distinguen a simple vista e o seu aspecto e uniforme. Hai disolucións por todas as partes: o aire, o sangue, medicinas, carburantes, produtos de limpeza, moedas, etc. Nas disolucións hai que distinguir o soluto, o disolvente e a propia disolución. Soluto, é a substancia que se disolve. Disolvente, é a sustancia na que se disolve o soluto. Disolución, é o conxunto formado polo soluto e o disolvente. Habitualmente coñecemos como disolvente o que está en maior proporción; outras veces o disolvente é o que está no mesmo estado de agregación que a disolución final (por exemplo, en liquido + gas gas, o disolvente é o gas). Pero non sempre está claro cal é o soluto e cal o disolvente. Como o soluto e o disolvente poden ser sólidos, líquidos ou gases, temos nove tipos de disolucións posibles: Estado dos compoñentes Estado físico da Soluto Disolvente disolución Cromatografía en papel Gas Gas Gas Aire Líquido Gas Gas Aire húmido, aerosois Exemplos Sólido Gas Gas Partícula de po no aire Gas Líquido Líquido Bebidas gasosas Líquido Líquido Líquido Gasolina, alcohol sanitario Sólido Líquido Líquido Azucre en auga Gas Sólido Sólido Hidróxeno en paladio Líquido Sólido Sólido Sulfato de cobre pentahidrato, amalgamas Sólido Sólido Sólido Aliaxes metálicas (por exemplo o bronce) 7

8 2.1. O proceso da disolución A teoría cinética explica o proceso da disolución: cando se forma unha disolución prodúcense reaxustes entre as posicións das partículas do disolvente e do soluto. Na disolución dun sólido nun líquido prodúcese un derrubamento da estrutura do sólido debido a que as súas partículas son atraídas pola auga. As partículas do sólido distribúense entre as do auga. Sólido (NaCl) Líquido (H 2O) 2.2. Solubilidade Canto soluto se pode disolver nunha cantidade dada de disolvente? Disolución Podemos contestar que unha cantidade máxima. Se imos engadindo soluto (p.e. azucre) pouco a pouco, observamos que ao principio se disolve sen dificultade, pero se seguimos engadindo chega un momento en que o disolvente non é capaz de disolver máis soluto e este permanece en estado sólido, pousado no fondo do recipiente. A cantidade máxima de soluto que se pode disolver recibe o nome de solubilidade e depende de varios factores: De quen sexa o soluto e o disolvente. Hai substancias que se disolven mellor nuns disolventes que noutros. Unha substancia que teña unha solubilidade extremadamente pequena nun determinado disolvente dise que é insoluble ou, se se trata de líquidos, inmiscible. Da temperatura. Normalmente a solubilidade dunha substancia aumenta coa temperatura. Na seguinte páxina web poderás observar unha animación sobre o proceso de disolución: Na seguinte páxina web podes atopar unha práctica interactiva sobre a velocidade das disolucións: 8

9 2.3. Concentración das disolucións Como as disolucións se poden preparar mesturando cantidades variables de soluto e disolvente, cómpre establecer unha forma para poder indicar estas cantidades, o que se coñece col nome de concentración da disolución. Concentración: nunha disolución, é a proporción relativa en que están mesturados o soluto e o disolvente. Unha maneira (moi poco precisa) de indicar a concentración dunha disolución é coas palabras: diluída, concentrada e saturada. Disolución diluída: éo cando ten pouca cantidade de soluto respecto do disolvente, e dicir, cando é moi pouco concentrada. Disolución concentrada: cando a proporción de soluto é grande. Disolución saturada: cando ten tanto soluto que xa non sería posible disolver máis cantidade na disolución; ten a concentración máxima para ese soluto. É fácil entender que expresar a concentración dunha disolución usando estes termos é moi impreciso, por iso a concentración exprésase de forma numérica. Hai moitos xeitos de expresar a concentración e de calculala. Estudaremos só algunhas delas Masa de soluto por volume de disolución (g/l) Calcúlase dividindo a masa do soluto disolta entre o volume da disolución resultante (non o volume do disolvente!). masa de soluto en g concentración = volume de disolución en L Exemplo: disolvemos 30 g de azucre en auga, resultando 250 ml de disolución. concentración = 30 g de azucre L de disolución = 120 g L Este resultado indica que en cada litro de disolución hai disoltos 120 g de azucre. Non debemos confundir a concentración coa cantidade total de disolución Porcentaxe en masa Calculámola dividindo a masa do soluto entre a masa da disolución (soluto + disolvente), multiplicando logo por cen para o expresar como porcentaxe: masa dosoluto % enmasa= masa dadisolución x 100 Exemplo: disolvemos 30 g de azucre en 400 g de leite. Cal e a porcentaxe en masa da disolución? % en masa = 30 g 30 g 400 g x 100 = 8.8 % en masa Este resultado significa que na disolución hai 8.8 gramos de azucre por cada 100 g de disolución. Ou o que e o mesmo, en cada 100 g da disolución hai 8.8 g de azucre e 91.2 g de leite. 9

10 Porcentaxe en volume Adoita empregarse esta forma de expresar a concentración cando os dous compoñentes son líquidos ou gases. Calcúlase dividindo o volume de soluto entre o volume da disolución, multiplicando por cen: % envolume= volumedosoluto volumededisolución x 100 Exemplo: dunha botella de viño albariño de 750 ml, 90 ml son do etanol (alcohol). Cal é a porcentaxe en volume da disolución? 90 ml de alcohol % en volume= 750 ml de disolución x 100 = 12 % en volume Isto significa que en cada 100 ml de viño hai 12 ml de alcohol. Podes repasar a concentración das disolucións nestas páxinas web: Como preparar unha disolución? Para preparar unha disolución cunha concentración determinada: por exemplo 250 ml dunha disolución de sal común cun concentración de 25 g/l procederemos do seguinte modo: 1. Calculamos e pesamos a cantidade de sal necesario: 25 g de sal m sal = 0,25 L de disolución = 6,25 g de sal 1 L de disolución 2. Poñemos nun vaso de precipitados graduado un volume menor que os 250 ml. Engadimos o sal e axitamos ata a súa total disolución. 3. Vertemos a disolución nun recipiente aforado (graduado). 4. Completamos con auga ata chegar o volume pedido (250 ml). Tapamos o recipiente e axitamos. 10