QUIMICA MODULO SEMI-PRESENCIAL PARA INGRESO 2012 PARA CONSULTAS: ingreso_quimica@fbioyf.unr.edu.ar Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO Suipacha 531 0341-4804592/93/97 www.fbioyf.unr.edu..ar
QUÍMICA Primer encuentro La propuesta de esta etapa semi presencial, dentro de las actividades pensadas para guiarte durante el ingreso a la facultad, es que puedas acercarte paulatinamente a aquellos temas que durante el cursado de Química General e Inorgánica, iremos profundizando. Esperamos que de esta manera, puedas ver como la química es algo cotidiano, que muchos de los fenómenos y experiencias que verás durante el año, podrías repetirlas en tu casa o reconocerlas en tu entorno. También te proponemos que desde ahora te interrogues acerca del porqué de las cosas, que te plantees hipótesis de esos porqué y que busques una posible respuesta y por supuesto, que vayas acercándote a los libros de texto de referencia, que los hagas tus amigos; y no dudes en consultar, no uno, sino varios libros, todos los que necesites para poder responder a las preguntas que estas actividades te plantean. Y que tu propia curiosidad te genere. En este primer encuentro semi presencial abordaremos los siguientes temas: el método científico y la materia y sus propiedades. En ambos casos te encontrarás con una breve introducción teórica y algunas actividades. Además, al final te proponemos algunas experiencias para que realices en casa. A partir de ahora, y para todos los encuentros, te proponemos que realices siempre la actividad nº 1. Por supuesto, todas las actividades, las repasaremos en el correspondiente encuentro de los sábados, pero si no podés venir, o tenés dudas antes, podés enviar un correo electrónico a: ingreso_química@fbioyf.unr.edu.ar. No dudes en preguntar. Mucha suerte y a descubrir la química en el mundo que te rodea. Nos vemos en el primer encuentro. Bioqca. Lic. Biotecnología Ma. Florencia Mangiameli 1 Docente Coordinador Área Química
Módulos Educativos para Ingresantes Actividad nº 1. En este texto, como en muchos otros, te encontrarás con un sinnúmero de términos y palabras nuevas, pero también con algunos conocidos, que tal vez no uses de la misma forma que se usan en química. Por eso te propongo que busques en el diccionario o en otras fuentes que consideres apropiadas, el significado de todos aquellos términos y expresiones que encuentres subrayados en el texto. También podes buscar otras palabras además de las propuestas, cuyo significado desconozcas. Además, cada vez que encuentres un elemento o compuesto nuevo, busca su nombre y símbolo, sus propiedades, características, ubicalo en la tabla periódica.identificalos en tu entorno cotidiano, para qué se usan? En qué ámbitos se usan? Qué podrías decir de él? 2
El método científico A partir de ahora, usaremos el método científico muchas veces, por eso es necesario que lo conozcas y lo comprendas bien. El método científico sirve para entender la naturaleza de la ciencia y tiene su fundamento en la observación del mundo que nos rodea. La Enciclopedia Británica lo define como "un término colectivo que denota los diferentes procesos que ayudan a construir la ciencia". Alan E. Nourse, autor inglés de ciencia ficción (1969), se refiere al método científico en los siguientes términos: "...No hay magia en un método que nos sirve para descubrir la verdad, es tan simple y lógico para nosotros los científicos que lo usamos cotidianamente para la resolución de nuestros problemas diarios...". Esta aseveración nos permite realizar una reflexión es tan simple y lógico...? Realmente lo usamos en la resolución cotidiana de problemas? Antes de que se concibiera el método científico, la acumulación de conocimientos se hacía a partir de la meditación y observaciones casuales. Debieron pasar siglos para darse cuenta de que este camino era un callejón sin salida que no producía más que preguntas equivocadas. Y no fue hasta que se estableció el método científico, que la ciencia inició su crecimiento y se empezó a expandir nuestro conocimiento de las leyes naturales. Es un método imperfecto, pero lo suficientemente exitoso como para que todos los campos lo hayan adoptado, excluyendo prácticamente cualquier otro método de solución de problemas. Hoy, podemos afirmar que el método científico es un proceso creativo de resolución de problemas y en general consta de las siguientes partes o etapas: 1. Idea, observación. 2. Reconocimiento del problema y evaluación de evidencias. 3. Formulación de hipótesis: generación de soluciones creativas y lógicas. 4. Formulación de objetivos y métodos. Experimento controlado. 5. Prueba de hipótesis, experimentación, recolección de datos y análisis de resultados. 3
6. Juicios y conclusiones sobre procedimientos, resultados y teorías comparación de resultados con hipótesis. 7. Publicación de los resultados y descubrimientos. La observación conduce a la identificación y resolución de problemas. Una vez que éstos están claramente delimitados, es inevitable la postulación de hipótesis, es decir, de explicaciones tentativas y provisorias de las situaciones problemáticas. La hipótesis, es necesaria ponerla a prueba, para lo cual se utilizan y diseñan experimentos. El experimento proporciona evidencias (datos experimentales), que permiten apreciar si se cumplen o no las predicciones derivadas de la hipótesis. El análisis y la interpretación de los datos experimentales finalmente llevan al científico a la elaboración de las conclusiones referentes a la validez de la hipótesis. Usualmente, en la literatura se encuentran algunos de los atributos personales y de razonamiento deseables para una aplicación exitosa del método científico: Honestidad, búsqueda, persistencia, creatividad. Comunicación, sensibilidad, razonamiento lógico. Reconocimiento de patrones, observación, abstracción. Generalización, clasificación, organización, control de variables. Planeación, predicción, visualización, definición. Toma de decisiones, medición, evaluación. Hoy en día, podemos afirmar que el método científico es el instrumento más poderoso de la ciencia; simplemente se trata de aplicar la lógica a la realidad y a los hechos que observamos. El método científico sirve para poner a prueba cualquier supuesto o hipótesis, examinando las mejores evidencias que se cuentan, ya sea a favor o en contra. 4
La materia y sus propiedades Para comprender muchos de los procesos que estudiaremos en química y en otras áreas, es necesario tener claros algunos conceptos básicos, así como ciertas leyes y propiedades. Juntos iremos descubriéndolos. I.Materia y cuerpo. Llamamos materia a todo aquello que posee masa y ocupa un lugar en el espacio, es decir, aquello que compone el universo. Por ejemplo: agua, arena, aire, etc. Un cuerpo se puede definir como una porción limitada de materia, como una tiza, una barra de hierro, un vaso con agua, etc. II.Propiedades de la materia. Son todas aquellas cualidades que permiten caracterizar a la materia y se clasifican en tres grupos: Organolépticas: aquellas propiedades que pueden ser captadas a través de los sentidos, por ejemplo: color, olor, sabor, etc. Intensivas: aquellas que no varían con la cantidad de sustancia considerada, por ejemplo: color, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, etc. Extensivas: aquellas que varían con la cantidad de sustancia considerada, por ejemplo: masa, volumen, peso, etc. Podemos definir entonces la sustancia como la materia con las mismas propiedades intensivas, por ejemplo: el agua, la madera, etc. III. Estados de agregación de la materia. Existen tres estados de agregación de la materia con las siguientes características: 5
Sólido: poseen forma y volumen propios, sus moléculas se disponen en orden regular (estructura cristalina), son incompresibles, predominan las fuerzas de atracción intermolecular sobre las de repulsión. Líquido: poseen volumen propio, no poseen forma propia sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene, sus moléculas no se hallan en ordenación regular, son difícilmente compresibles, las fuerzas de atracción intermoleculares equilibran a las de repulsión, poseen superficie libre plana y horizontal. Gaseoso: no poseen forma ni volumen propios, adoptan las del recipiente que los contiene, poseen mucha movilidad molecular, son fácilmente compresibles, no poseen superficie libre, las fuerzas de repulsión intermoleculares predominan sobre las de atracción. Actividad nº 2. Busca ejemplos de materia, cuerpo y sustancia. Describe sus propiedades y estados de agregación. IV. Cambios de estado. Son transformaciones físicas en las cuales la materia cambia de estado de agregación, mediante una transferencia o intercambio de energía (calor). Durante dichas transformaciones, la temperatura del sistema permanece constante, denominándose Punto de Fusión, Punto de Ebullición, etc. 6
A los cambios de estado que se producen por absorción de calor se los denomina cambios progresivos. A los que se producen con desprendimiento de calor se los denomina regresivos. Actividad nº 3. Clasifica los cambios de estado de la materia indicando cuáles son progresivos y cuáles regresivos. Actividad nº 4. Para cada uno de los cambios de estado, indica el nombre que recibe la temperatura. Ejemplo: para el paso de líquido a gaseoso, se denomina, Punto de ebullición. V.Sistemas materiales. Se denominan así, a un cuerpo o conjunto de cuerpos aislados para su estudio, es decir, una porción de universo aislada en forma real o imaginaria. Se pueden clasificar según dos criterios: 1) Según su composición Homogéneos: aquellos que poseen las mismas propiedades intensivas en cualquier punto del sistema. Ejemplo: agua, alcohol, aire, etc. Heterogéneos: aquellos que poseen propiedades diferentes en dos o más puntos del sistema; presentando superficies de discontinuidad (interfases). Ejemplo: agua con dos cubos de hielo, agua y arena, etc. Inhomogéneos: aquellos que poseen propiedades intensivas diferentes en por lo menos dos puntos del sistema pero sin superficies de discontinuidad. Ejemplo: agua de mar, aire atmosférico, etc. 2) Según el intercambio con el medio ambiente Abiertos: aquellos que intercambian materia y energía con el medio ambiente. Por ejemplo una pava con agua hirviendo. Cerrados: aquellos que solo intercambian energía con el medio ambiente. Por ejemplo, una lamparita encendida. 7
Aislados: son aquellos que no intercambian ni materia ni energía con el medio ambiente. Por ejemplo, un termo cerrado. VI.Fase. Cada uno de los sistemas homogéneos que componen un sistema heterogéneo, separados por superficies de discontinuidad, denominadas interfases. Un sistema heterogéneo puede ser bifásico, trifásico, tetrafásico, etc. Por ejemplo, supongamos tener un sistema material formado por agua, arena, aceite, 2 clavos de hierro y 2 cubos de hielo: es un sistema heterogéneo formado por 5 fases (hielo, aceite, agua, hierro, arena) y 4 componentes (agua, aceite, hierro y arena). Actividad nº 5. Clasifica los siguientes sistemas materiales de todas las formas posibles, justificando tu respuesta. Indica el número de fases y de componentes de cada uno. a) lata de gaseosa b) botella con agua c) vaso de gaseosa con 2 cubos de hielo d) recipiente sin tapa conteniendo dos clavos de hierro, arena, alcohol, agua y sal disuelta e) limaduras de aluminio y limaduras de hierro f) azúcar y arena g) tres trozos de hielo h) aceite y aceite i) azúcar parcialmente disuelta en agua 8
j) sal totalmente disuelta en agua k) azufre en polvo y una barra de azufre l) aire m) agua y aceite n) carbón y kerosén o) agua y alcohol p) leche q) acero r) sangre VII.Separación de Fases. Existen varios métodos mecánicos para separar las fases de un sistema heterogéneo, dependiendo del estado de agregación de cada fase. Solubilización: permite separa dos componentes de una mezcla sólida, por el agregado de un solvente adecuado, en el cuál, solo uno de ellos se disuelve. Por ejemplo, arena y sal, a la que se agrega agua caliente, se disuelve la sal y permanece la arena insoluble (para la separación final del sistema se emplea una combinación de los métodos siguientes). Filtración: separa una fase sólida de una líquida (que puede tener más de un componente) mediante el uso de un filtro. Para el ejemplo anterior, pasa el agua salada a través del filtro y queda la arena retenida en éste. Evaporación: separa un componente, antes sólido, del solvente en el que fue disuelto, usando calor. Al calentar por encima del punto de ebullición del solvente, este se evapora, dejando el componente sólido separado. Para nuestro ejemplo, se calienta el agua salada hasta que se evapora el agua, quedando la sal en estado sólido en el fondo del recipiente. Decantación: permite separar un sólido insoluble en un líquido (agua y arena) o dos líquidos inmiscibles de diferente densidad (agua y aceite). El componente más denso se ubica en la parte inferior del recipiente. Como puede verse en la figura más adelante, esto puede realizarse volcando el líquido sobrenadante en el primer caso o por medio de una ampolla de decantación en el segundo caso. Centrifugación: es una decantación acelerada por fuerza centrífuga. Por ejemplo, si colocamos tinta china en un aparato denominado centrífuga, al girar a gran velocidad, 9
decantan las partículas de carbón suspendidas obteniéndose las dos fases separadas: agua y carbón. Para la separación completa, puede realizarse posteriormente una filtración o decantación. Levigación: se emplea para separar dos sólidos por arrastre con corriente de agua. Por ejemplo, una mezcla de corcho y arena puede separarse haciendo circular a través de él, una corriente de agua que arrastra el corcho mientras la arena permanece en su lugar. Tamización: se utiliza para separar dos sólidos de diferente tamaño de partícula pasándolo a través de una tela denominada tamiz. Por ejemplo al tamizar sal fina y azúcar, como los cristales de sal son más pequeños que los de azúcar, pasan a través del tamiz mientras que los cristales de azúcar quedan retenidos. Sublimación: se emplea para separar un sólido volátil de otro no volátil por sublimación. Por ejemplo, al calentar una mezcla sólida de yodo y arena, el primero volatiliza y puede recuperarse colocando sobre la mezcla una superficie fría sobre la cual condensa el vapor de yodo. Tría: para separar cuerpos sólidos grandes mediante pinzas. Por ejemplo, para separar trozos de corcho, cubos de hielo, clavos, etc. Imantación: se emplea para separar sólidos magnéticos de otros sólidos no magnéticos, como por ejemplo, limadura de hierro y arena. Al acercar un imán al sistema, éste retiene las partículas de limadura de hierro y puede decantarse la arena. En la siguiente figura se muestran algunos de los métodos empleados en la separación de fases: 10
Veamos como se plantea esquemáticamente la separación de un sistema material con múltiples fases y componentes. Supongamos que el sistema está formado por arena, sal, limadura de hierro, limadura de aluminio y canto rodado. 11
Arena, Sal, Corcho, Limadura de Fe, Limadura de Al Imantación Limadura de Fe Arena, Sal, Corcho, Limadura de Al Tría Corcho Arena, Limadura de Al, Agua salada Solubilización Arena, Sal, Limadura de Al Filtración Arena, Limadura de Al Agua salada Evaporación Sal Tamización Arena Limadura de Al Actividad nº 6. Propone un mecanismo secuencial separativo para el siguiente sistema material: Arena, tres clavos de hierro, sal fina, limadura de hierro, limadura de cobre y naftalina molida. VII.Dispersiones. Son sistemas heterogéneos bifásicos en los cuales el componente que está en mayor proporción se lo denomina fase dispersante, y el de menor proporción, fase dispersa. De acuerdo al estado de agregación de cada fase se clasifican en: 12
Nombre Fase Dispersa Fase Dispersante Ejemplo Sol Sólido o Agregado Sólida Sólida Cuarzo, Rubí Suspensión (Gel o Sol)* Sólida Líquida Tinta China (gelatina) Aerosol Sólido Sólida Gaseosa Humo Emulsión Sólida Líquida Sólida Queso Emulsión Líquida Líquida Leche Aerosol Líquido Líquida Gaseosa Nubes Espuma Sólida Gaseosa Sólida Piedra pómez Espuma Gaseosa Líquida Cremas heladas *Cuando la gelatina está caliente tiene un aspecto líquido y el sistema se denomina sol. Las dispersiones pueden clasificarse también según el tamaño de las partículas que forman la fase dispersa en: Dispersiones Groseras: la fase dispersa puede ser observada a simple vista o por medio de una lupa. Por ejemplo, bebidas gaseosas, talco y agua, azufre y limadura de hierro, etc. Dispersiones Finas: son sistemas dispersos en los cuales la fase dispersa no es observable a simple vista pero sí a través de un microscopio. Dentro de este grupo se encuentran las suspensiones como la tinta china y las emulsiones como la leche. Dispersiones Coloidales o Soles: son sistemas heterogéneos en los cuales la fase dispersa tiene un grado de división tal que solo puede distinguirse a través del ultramicroscopio. En este aparato, la luz incide lateralmente y las partículas suspendidas difunden la luz como puntos luminosos (efecto Tyndall). Comprenden este tipo de dispersiones los geles, el agua jabonosa, clara de huevo en agua, etc. 13
Dispersiones Moleculares: son sistemas dispersos que no pueden distinguirse ni aún con el ultramicroscopio. Por lo tanto, se trata en realidad de sistemas homogéneos y es el caso de las soluciones. VII.Sistemas materiales homogéneos. Los sistemas homogéneos, de acuerdo a su composición, se clasifican en sustancias puras y soluciones. Sustancias puras: son sistemas homogéneos con propiedades intensivas constantes que resisten los procedimientos mecánicos y físicos del análisis. Están formadas por una sola sustancia y presentan propiedades características (propias y exclusivas) de ellas. Ejemplos: agua, sal, etc. Las sustancias puras se clasifican a su vez en: Sustancias Puras Simples: son aquellas que no pueden ser separadas en otras sustancias. Constituyen este grupo las sustancias elementales o elementos: Hidrógeno, Carbono, Azufre, Oxígeno, etc. Sustancias Puras Compuestas: son aquellas que pueden originar a través de reacciones de descomposición, sustancias puras simples. Es el caso del agua, el dióxido de carbono, la sal, etc. Soluciones: son sistemas homogéneos formados por dos o más sustancias puras o especies químicas. El componente que esta en mayor proporción, generalmente líquido, se denomina solvente o disolvente, y el que esta en menor proporción soluto. Si un soluto sólido se disuelve en un solvente líquido, se dice que es soluble, en cambio, si el soluto también es líquido entonces se dice que es miscible. VIII.Métodos de fraccionamiento: son procesos físicos de separación, que permiten separar las soluciones en las sustancias puras que la componen. Destilación: consiste en transformar un líquido en vapor (vaporización) y luego condensarlo por enfriamiento (condensación). Como vemos, este método involucra cambios de estados. De acuerdo al tipo de solución que se trate, pueden aplicarse distintos tipos de destilación: 14
Simple: se emplea para separar un solvente tanto de sustancias sólidas disueltas (solutos) como para separa dos líquidos miscibles con puntos de ebullición muy diferentes. Este método se aplica principalmente en procesos de purificación, como por ejemplo, a partir del agua de mar puede obtenerse agua pura destilando ésta y quedando los residuos sólidos disueltos en el fondo del recipiente. En la figura siguiente se representa un aparato de destilación simple utilizado comúnmente en los laboratorios. Fraccionada: se emplea para separar 2 o más líquidos miscibles de puntos de ebullición diferentes aunque cercanos. El líquido de menor temperatura de ebullición destila primero. Para lograr obtener los líquidos puros se emplean columnas fraccionadoras, deflegmadoras o rectificadoras. Ejemplo: alcohol (78.5 C) y agua (100 C). 15
Cristalización: se emplea para separar sólidos disueltos en solventes líquidos. Puede hacerse por enfriamiento (disminución de solubilidad por descenso de temperatura) o por calentamiento (disminución de capacidad de disolución por evaporación del solvente). Cromatografía: se emplea para separar solutos sólidos disueltos en solventes adecuados (cloroformo, acetona, tetra cloruro de carbono, etc.). Esta basado en la propiedad que tienen ciertas sustancias de absorber selectivamente a determinados solutos. Una fase, por ejemplo sólida, denominada fase fija absorbe los componentes de una mezcla. Otra fase, denominada fase móvil (líquida o gaseosa), al desplazarse sobre la fase fija arrastra los componentes de la mezcla a distinta velocidad, con lo cual se separan. Existen distintas técnicas cromatográficas: en placa, en papel, en columna 16
(HPLG, SL, SG). En la figura siguiente se representan dos técnicas cromatográficas sencillas: La cromatografía en placa se emplea con fines cualitativos para identificar sustancias, mientras que la cromatografía en columna, se emplea cuantitativamente para separar sustancias. En la actualidad, se emplean equipos sofisticados denominados cromatógrafos de alta presión que mediante un sistema computarizado, identifican cuali y cuantitativamente los componentes de una mezcla. Actividad nº 7. En un recipiente se colocan medio litro de agua, remaches de hierro y aceite. Indicá que tipo de sistema es, cuantas fases posee, cantidad de componentes y como se debe proceder, dando el nombre del método, para separar las fases. Actividad nº 8. Proporcioná ejemplos de un sistema material constituido como se indica en cada caso, indicando de que forma podrías separa sus componentes: a) dos fases y dos componentes b) tres fases y tres componentes c) cuatro fases y tres componentes d) cuatro fases y cuatro componentes Actividad nº 9. Un sistema se forma con partículas de yodo, sal común de cocina, polvo de carbón y limaduras de hierro. Proponga que métodos de separación utilizaría para separar las fases constituyentes. Justificar. 17
Actividad nº 10. Proponé un ejemplo de un sistema material heterogéneo que para separar sus fases se utilicen los siguientes métodos de separación: a) tría, atracción magnética y filtración b) tría y levigación c) sublimación, disolución y filtración d) tamización y levigación Actividad nº 11. Indicá si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas. Justificá tu respuesta: a) Un sistema con un solo componente debe ser homogéneo. b) Un sistema con dos componentes líquidos debe ser homogéneo. c) Un sistema con dos componentes gaseosos debe ser homogéneo. d) Un sistema con varios componentes distintos debe ser heterogéneo. Actividad nº 12. Indicar la/s opción/es correcta/s: Una solución necesariamente debe poseer: a) 2 fases y 2 componentes b) 2 fases y 1 componente c) 1 fase y más de 1 componente d) 1 fase y 1 componente e) más de 1 fase y más de 1 componente f) propiedades físicas y químicas distintas en distintas porciones de su masa g) las mismas propiedades en toda su masa Dar ejemplos de soluciones indicando el soluto y el solvente Actividad nº 13. Define fenómeno físico o químico. Indica de cuál se trata en cada caso: 18
a) fermentación del vino b) cocción del huevo c) pulverización de una roca d) calentamiento de Fe hasta 150 C e) quemar carbón f) obtener cubitos de hielo g) preparar una torta h) preparar salmuera Actividad nº 14. Define sustancia pura y mezcla. Qué propiedades caracterizan a cada una? Explica qué significa que una sustancia pura presenta "composición definida". Menciona 5 ejemplos de sustancias puras y 5 ejemplos de mezclas. Actividad nº 15. En un recipiente graduado se vierte agua líquida hasta que la marca leída es de 25,0 ml. En su interior se coloca un collar de oro cuya masa es de 25.1 gramos. El nivel del agua sube hasta llegar a 26,3 ml. Calcular la densidad del oro. Actividad nº 16. Un estudiante de química buscó en un manual la densidad del magnesio y la del dióxido de carbono a 25.0 ºC y 1.00 atm (atmósferas) de presión. Anotó los dos valores pero se olvidó de indicar a cuál de las dos sustancias (A o B) corresponde cada uno. Podrías ayudar al estudiante a identificarlos? δa= 1,80 g/dm3 y δb= 1,84 g/cm3 Actividad nº 17. El punto de fusión de una sustancia es de -102 ºC y su temperatura de ebullición es de 68 ºC. Determinar en qué estado se encuentra la sustancia: a) a temperatura ambiente b) a -150 ºC c) a -102 ºC d) a -100 ºC 19
e) a 70 ºC f) a 68 ºC Actividad nº 18. Las siguientes propiedades fueron determinadas para un volumen dado de mercurio. Indicar cuál/es de ellas es/son intensivas y cuál/es es / son extensivas. Masa = 75 g Ebulle a 357 ºC Densidad = 13.6 g/cm3 Volumen = 5.51 cm3 Color = blanco plateado Suave Es muy tóxico Insoluble en agua Si su Punto de fusión = -38,40 ºC, a temperatura a ambiente es... Experiencias para hacer en casa Ahora vamos a hacer algunas experiencias, usando materiales que tenemos en casa. En todos los casos, realiza un informe, en donde detalles: que materiales usaste, que métodos (si son físicos o químicos), volúmenes o masas medidas, aspecto, características y propiedades de los elementos o sustancias que utilices, aspecto y características de los productos que se formen, precauciones necesarias para trabajar, y cualquier otra cosa que consideres relevante. Además de las opciones propuestas, podés pensar otras. Intentá aplicar el método científico, planteate una hipótesis y tratá de verificarla, siempre que sea posible. Manos a la obra! 1) Solubilidad compuestos Materiales necesarios: varios recipientes transparentes (vasos), agua, aceite, alcohol, vinagre, sal, azúcar, arena. Procedimiento: 20
Llenar uno de los recipientes con agua, hasta la mitad y agregar una cucharada de aceite. Observa que pasa y registralo. Repetí la experiencia con los compuestos. Ahora probá cambiando el solvente, usa aceite o vinagre en vez de agua. Te animás a proponer los resultados de cada experiencia antes de hacerla? Para eso, antes de empezar, buscá las características de los compuestos y sustancias que vas a utilizar y pensá si podrían mezclarse. 2) Separación de fases: Separación de un sólido y un líquido. Materiales: recipiente de vidrio o plástico transparente, agua, arena, 1 cuchara. Procedimiento: Llenar el recipiente hasta la mitad de agua. Agregar 2 cucharaditas de arena y agitar la mezcla. Dejar reposar. Se logró separar bien la mezcla por medio de este procedimiento? Por qué? Qué utilidad tiene este método separación? En que actividades cotidianas utilizamos este método? Podría utilizar este método de separación si el soluto fuera corcho? Podrías haber utilizado otro método? Cuál y porqué? Realiza y describe esta experiencia. 3) Mezcla de sustancias líquidas y separación de fases. Materiales: recipiente de vidrio o plástico transparente, agua con colorante (podés usar un jugo que sea de color), aceite; alcohol. Procedimiento: 21
Poner 10 ml de agua en el recipiente de vidrio o plástico transparente. Agregar 10 ml de aceite y mezclar. Dejar reposar y observar. Repetir el paso anterior para el aceite y el alcohol. Repetir el paso anterior para el agua coloreada y el alcohol. Se logran mezclar bien en ambos casos? Qué tipo de mezcla se forma en cada caso? Se separan bien los componentes por medio de este procedimiento? Por qué? Qué propiedades podrías determinar para estos líquidos? Organiza los tres líquidos utilizados en esta experiencia en orden decreciente de densidad? 22
Segundo Encuentro QUÍMICA Segundo encuentro En este segundo encuentro semi presencial abordaremos los siguientes temas: Concepto de compuestos ácidos y básicos. Concepto de ph y sus indicadores. Por supuesto, no olvides realizar la actividad nº 1 que te propuse en el primer encuentro. Compuestos ácidos y básicos Los compuestos son muy variados y se pueden encontrar en muchas de nuestras actividades cotidianas. Desde tiempos remotos, la gente sabe que algunas sustancias, que llaman ácidas, tienen ciertas particularidades, como sabor agrio y la capacidad de disolver metales como el hierro o el zinc; mientras que aquellas sustancias que llaman básicas o bases, tienen un sabor amargo y dejan una sensación jabonosa en la piel (son corrosivas para la piel). Incluso, cuando estas sustancias se enfrentan con ciertos compuestos naturales, como el tornasol, el te, el vino o el repollo, estos cambian de color. Hoy sabemos que las sustancias ácidas son aquellas que, en agua, producen la liberación de un ión H + (llamado protón) hacia el agua, mientras que las bases, liberan iones OH - (oxidrilo o hidroxilo) del agua. De esta manera y en forma general, podemos decir que, son compuestos ácidos los que poseen en su estructura uno o más protones, o son capaces de producirlos en agua; y son compuestos básicos, aquellos que tienen en su estructura, oxidrilos, o pueden producirlos en agua. Otra forma de definirlos, es decir que los ácidos son sustancias capaces de donar un protón y las bases son sustancias capaces de aceptarlo un protón. Te propongo que identifiques en tu casa los compuestos ácidos y básicos que puedas encontrar. Busca en la heladera, la despensa, los elementos de limpieza, en el baño en el jardín, etc. Para poder reconocerlos, primero tratá de identificar de que están hechos, o que sustancias contienen. Después buscá información sobre estas sustancias, cuál es su estructura, que elementos las componen, sus propiedades, etc. Una vez que 1
Segundo Encuentro tengas toda esta información, vas a poder clasificarlas como ácidas o básicas y vas a estar listo para realizar las dos experiencias que te propongo. Concepto de ph Cuando una solución contiene más H + que OH - se dice que es ácida, mientras que si tiene más OH - que H + se dice que es básica. Cuando la cantidad de H + es igual a la cantidad de OH - se dice que es neutra. Una forma indicar esto en química, es usando el valor de ph, una función matemática de la concentración de protones que hay en la solución. Esta función es ph = - log (concentración de protones) y determina una escala que oscila entre 1 y 14. Debido al signo negativo de la ecuación matemática, el ph disminuye a medida que aumenta la concentración de protones en la solución; y a la inversa, el ph aumenta al disminuir la concentración de protones. Así, una solución ácida, tendrá ph menores a 7; y una solución básica tendrá valores de ph mayores que 7, siendo el valor de 7 el ph neutro. Te propongo que, con la información que obtuviste de las sustancias anteriores, trates de ubicarlas en una escala de ph. Podés recurrir a los libros nuevamente para verificar tu trabajo. Indicadores de ph Una forma de conocer el ph de una solución es medirlo, con un phmetro. Este es un método rápido y sencillo, pero requiere contar con este instrumental. Esta es una de las experiencias que realizaremos en el laboratorio de Química General. Sin embargo, hay otra posibilidad para conocer, en forma menos exacta, pero bastante aproximada, el ph de cualquier solución. Usar un indicador ácido base, ya sea comercial o casero. Estas son sustancias coloreadas, que pueden existir como ácidos y como bases, y tienen diferente color en cada una de estas formas. De esta manera, si ponemos unas gotas de indicador en una solución cuyo ph desconocemos, podemos estimarlo, según el color que observemos. 2
Segundo Encuentro Experiencias para hacer en casa 1) Indicadores naturales: para realizar esta experiencia, tendrás que buscar para los indicadores que prepares, el valor de ph que estima cada color obtenido. Materiales necesarios: Repollo colorado, hojas de malvón, pétalos de rosa, cebolla, remolacha, vino tinto, té, mate cocido. Etano o alcohol de farmacia, 96 % V/V ( qué significa esta expresión, % V/V?). Gotero. Papel o tela para filtrar. Vasos transparentes chicos. Agua de la canilla, vinagre, limpiador a base de amoniaco, agua jabonosa, jugo de limón, y todo lo que quieras usar para estimar el ph. Deben ser soluciones, incoloras o coloreadas para traslúcidas, para que puedas ver los cambios de color de los indicadores. Realización de los indicadores: Para hacer los indicadores de repollo, cebolla y pétalos de flores, corta una porción de los mismos (1 o 2 hojas de repollo y de cebolla; 4 o 5 pétalos) y colocalos en un recipiente con 2 o 3 ml de etanol. Macéralo por 8 hs y filtra. Guardá el filtrado que contiene el indicador. usar. En el caso del té y el mate cocido, prepará la infusión, dejala enfriar y está lista para Para el indicador de remolacha, herví una remolacha, separá el agua y reservala. Ahí está tu indicador. El vino se usa directamente. 3
Segundo Encuentro Estimación del ph de las soluciones: En un vaso colocá 2 o 3 ml de agua de la canilla y 1 o 2 gotas de tu indicador Qué observas? Repetí la experiencia con las otras soluciones que elegiste. Compará los resultados. Te animás a proponer porque ocurre lo que observas? 2) Acidez del aire expulsado por los pulmones: Cuando respiramos estamos incorporando oxígeno y eliminando CO 2. Este último, es un gas que puede disolverse parcialmente en agua y formar el bicarbonato, un compuesto ácido. Haciendo uso del extracto de repollo colorado que preparaste antes, vamos a demostrar que el CO 2 que espiramos se disuelve parcialmente en el agua y que, además, es capaz de acidificar una disolución ligeramente básica. Materiales necesarios: Indicador de ph de repollo. Amoniaco y agua. Dos vasos. Pajita. Realización: Poner agua en un vaso (aproximadamente 50 ml) y 2 o 3 gotas del indicador (hasta que la solución tenga color apreciable, sin ser opaca). Si se coloca un papel blanco debajo del vaso se observa mejor su color. Con la pajita, sopla en la solución y observa. Qué pasa con el color? Ahora agrega unas gotas de amoniaco a la disolución coloreada hasta que ésta adquiera una coloración verdosa. Se toma la mitad de esa disolución y se introduce en otro vaso, que será el color de referencia o blanco. 4
Segundo Encuentro Sopla a través de la pajita en el interior de la disolución durante un minuto (por supuesto, parando para respirar). Qué pasa ahora con el color? Si ahora calentas un poco la solución (por ejemplo en el microondas), Qué ves? Se mantiene el color? Te animás a proponer qué ocurre en cada caso? 5
Tercer Encuentro QUÍMICA Tercer encuentro Este es nuestro último encuentro semi presencial. Abordaremos los siguientes temas: los elementos metálicos Reactividad y corrosión. Y nuevamente te propongo algunas experiencias para hacer en casa y después discutir. Acordate que más adelante, cuando estés cursando la asignatura, profundizaremos estos temas, no solo desde lo teórico, sino también desde lo práctico, realizando experiencias en nuestro laboratorio. Por supuesto, no olvides realizar la actividad nº 1 que te propuse en el primer encuentro. Los elementos metálicos Para poder entender a estos elementos, primero tratemos de responder algunas de las siguientes preguntas: Qué son los elementos metálicos? Nombra algunos, indicando su símbolo químico. Dónde y cómo se los encuentra en la naturaleza? Son muy abundantes? Busca algunos ejemplos concretos. Cuáles son sus propiedades físicas? Cuáles son sus propiedades químicas? Dónde se los ubica en la tabla periódica? Encontrás alguna particularidad en esta disposición? (Una ayudita, compará las propiedades físicas de algunos de estos metales). En qué cosas de nuestro alrededor podemos encontrarlos? En que tipo de actividades los podemos utilizar? Medicina? Industria? Son necesarios para la vida? Da ejemplos. 1
Tercer Encuentro Pueden ser peligrosos para los seres vivos? Da ejemplos. Reactividad y corrosión Introducción: Cuando enfrentamos un elemento metálico, como el hierro, con agua, observamos que el poco tiempo, este se oxida o corroe. Esto ocurre porque este elemento reaccciona con el agua y el oxigeno, en un proceso químico llamado redox, que da origen a una nueva especie, el ión Fe 3+, que es soluble en agua y de color amarillo; y el ión Fe 2+, también soluble en agua, pero de color pardo. Sin embargo, esto no ocurre si en vez de agua, usamos aceite. Incluso, si usamos agua con sal o vinagre (una solución de ácido en agua), podremos ver que la reacción del hierro, se produce más rápido que en agua sola. Esto es porque los elementos reaccionan de diferente forma a distinta velocidad según el solvente en que se encuentren. Este fenómeno, conocido como corrosión, está relacionado con la reactividad de los elementos. Por ejemplo, si en lugar de hierro, se tratara de un pedazo de plata o de oro, probablemente no observaríamos cambios, ya que estos son muy estables y poco reactivos. Experiencias para hacer en casa Materiales necesarios: Elementos de diferentes metales: clavos de hierro y de acero, monedas o cables de cobre, plata (puede ser un anillo), Vasos de plástico Diferentes solventes: agua, aceite, vinagre, agua salada. Realización: Poner cada uno de los solventes en un vaso numerado (para poder identificar mejor cada uno). Colocar en cada uno un clavo de acero, de forma tal que el solvente lo cubra totalmente. Repetir la operación pa o el ra los otros elementos metálicos. Así, para cada 2
Tercer Encuentro tipo distinto de elemento, podrás observar que ocurre en cada una de las distintas condiciones. Dejar reposar y observar a las 24 y 28 hs. Anotar los resultados. Qué ocurre en cada elemento frente a los distintos solventes? Cuál de los solventes tiene mayor poder de corrosión para cada metal? Te animás a decir porque? Y si mirás un solo solvente, comparando los distintos metales qué podes decir? Cuál de ellos es más reactivo frente a un mismo solvente? Qué compuestos se forman en cada uno de los casos? Podés repetir la experiencia con otros metales y solventes o soluciones que te interesen. Tomá nota de cada experiencia que realices para después poder discutirla en el encuentro con tus compañeros. Cuando termines, intentá construir tu propia serie de corrosión. Para cada solvente, ordená de menor a mayor, según como reaccionaron, todos los elementos que probaste. Qué ves? Son todas iguales? porqué? Ahora, comparando la reactividad de cada elemento para los distintos solventes, construí una serie de reactividad para cada uno. Qué ves en este caso? 3