LOS ESTADOS DE LA MATERIA Como ya hemos estudiado, la materia se presenta en cuatro estados físicos: sólido, líquido, gas y plasma. El plasma es el estado de la materia en las estrellas. Una sustancia, como por ejemplo el agua, se presenta según las condiciones del medio (presión y temperatura) en uno de los tres estados de agregación: sólido, líquido o gas RQ1. Puede existir el hierro en estado gaseoso? Y el oxígeno en estado sólido? Generaliza los resultados anteriores a cualquier sustancia. CLASIFICACIÓN DE LAS SUSTANCIAS MATERIALES La gran diversidad de sustancias que encontramos en la naturaleza nos obliga a establecer su clasificación para estudiarlas más fácilmente. Una forma sencilla y eficaz de distinguirlas se basa en la posibilidad o la imposibilidad de separarlas en sustancias más simples y el método necesario para llevarla a cabo. Según este criterio estableceremos la siguiente clasificación: RQ2. Preparamos cinco tubos de ensayo con agua y les añadimos, por separado, azúcar, alcohol etílico, limaduras de hierro, vinagre y arena. Agitamos las mezclas. Determina en qué casos se forma una mezcla homogénea. Página 1 de 6
TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Los distintos tipos de mezclas necesitan el empleo de diversos métodos físicos (procesos físicos o cambios físicos) para separar sus componentes. RQ3. Completa en tu cuaderno de trabajo el siguiente cuadro relativo a los distintos métodos de separación de mezclas. Nombre Descripción Fundamento Modo de operación Dibujo esquemático FILTRACIÓN Separar un sólido del líquido en el que está en suspensión, es decir, no disuelto. Diferencia del tamaño de las partículas. Se hace pasar la mezcla heterogénea por un tamiz, generalmente un papel de filtro, de manera que sus poros dejan pasar el líquido pero retienen el sólido. DECANTACIÓN DESTILACIÓN EVAPORACIÓN o CRISTALIZACIÓN EXTRACCIÓN MOLIENDA Y TAMIZADO MÉTODOS MAGNÉTICOS CENTRIFUGACIÓN CROMATOGRAFÍA SUSTANCIAS PURAS Y DISOLUCIONES RQ4. Cómo distinguirías entre una sustancia pura, por ejemplo agua, y una disolución, como por ejemplo una disolución de agua y sal? Página 2 de 6
PROPIEDADES GENERALES Y PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS RQ5 Enumera las propiedades generales de la materia. RQ6 Enumera las propiedades características de la materia. Las propiedades características nos permiten distinguir las diferentes sustancias puras. Una sustancia pura tiene siempre las mismas propiedades características y éstas no dependen de la cantidad de sustancia. El concepto químico de sustancia pura es diferente del coloquial o comercial. Pura leche de vaca no significa sustancia pura sino que sólo contiene leche, sin aditivos que la adulteren. RQ7 Pon 5 ejemplos de elementos y 5 ejemplos de compuestos. Cuáles de ellos son sustancias puras? El descubrir qué sustancias puras son elementos ha sido una larga tarea realizada por los químicos. Hoy sabemos que en la naturaleza hay 90 elementos y 20 más han sido fabricados artificialmente. Símbolos de los elementos químicos. Con estos 90 elementos se forman mediante procesos, cambios o reacciones químicas la inmensa variedad de compuestos que conforman el universo, con propiedades tan distintas y cuyo número se acerca al millón y aumenta continuamente. Cada compuesto se representa mediante una fórmula química. Ejemplo Formulación y nomenclatura química. Anexo del libro de texto. páginas 266-275 Página 3 de 6
RQ8 A una serie de sustancias se les somete a las pruebas que se describen. Indica, teniendo en cuenta esas informaciones, si se trata de elementos o compuestos: Sustancia A: Está en forma de polvo de color verde cuya densidad es 4 g/cm 3. Cuando se calienta en un tubo de ensayo, sin que haya aire, se desprende un gas reconocido como dióxido de carbono. Al final cuando se enfria el tubo, queda en el fondo un sólido en forma de polvo negro, de densidad 6,4 g/cm 3, cuya masa es menor que el polvo verde puesto inicialmente. Sustancia B: Tiene color gris blanco de densidad 7,29 g/cm 3. Al calentar se convierte en un líquido gris brillante a la temperatura constante de 419 ºC. Conduce la corriente eléctrica y no le sucede nada. En estado líquido ( a 419 ºC) si se meten dos cables en el líquido también conduce la corriente eléctrica y no le sucede nada. Cuando se deja enfriar vuelve a obtenerse la sustancia de color gris blanco y densidad 7,29 g/cm 3. Sustancia C: Está en forma de cristales de color blanco de densidad 2,11g/cm 3. Cuando se calienta en un tubo de ensayo durante cierto tiempo, primero se observa la formación de un líquido amarillo, mientras la temperatura permanece constante a 334 ºC. Después continúa aumentando la temperatura hasta que llega un momento en que se desprende un gas rojizo reconocido como dióxido de nitrógeno. Al final, cuando se enfría el tubo, queda un polvo blanco de densidad 2,32 g/cm 3. CAMBIOS FÍSICOS Y CAMBIOS QUÍMICOS RQ9 Pon 5 ejemplos de cambios físicos y 5 ejemplos de cambios químicos. RQ10 El azufre y el carbono son dos elementos cuyas propiedades se recogen en la tabla de datos siguiente. Si los hacemos reaccionar en las condiciones adecuadas puede llegarse a obtener un compuesto, el disulfuro de carbono (CS 2 ). Qué propiedades podemos predecir para el disulfuro de carbono? Explica tu respuesta. COLOR ESTADO p.f. / ºC p.e. / ºC SOLUBILIDAD Azufre Amarillo Sólido 115 445 Insoluble Carbono Negro Sólido 3 500 4 830 extrapolado Insoluble Disulfuro de carbono LEYES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. LEYES PONDERALES RQ11 Se conserva la masa en los cambios de estado? Diseña una experiencia para averiguar si en la fusión del hielo se conserva la masa. Se conserva la masa cuando se disuelve una sustancia? Diseña una experiencia para averiguar si se conserva la masa cuando se disuelve sal en agua? RQ12 Se conserva la masa en las reacciones químicas? La combustión de una vela y la oxidación del hierro son ejemplos de reacciones químicas en las que, aparentemente, hay una variación de masa. A qué crees que es debida esta variación de masa en cada caso? Qué harías para averiguar si realmente cambia la masa? Ley de conservación de la masa. Lavoisier. Libro de texto. Tema 11 apartado 1.1 página 243. Página 4 de 6
RQ13 Se pueden mezclar la arena y la sal en cualquier proporción? Se pueden combinar los elementos para formar compuestos en cualquier proporción? RQ14 Puedes dar ahora una definición completa de lo que es un compuesto que permita diferenciarlo claramente de una mezcla? Ley de las proporciones definidas o de las proporciones constantes. Ley de Proust -Cuando varios elementos se unen para formar una sustancia determinada lo hacen siempre en proporciones fijas y constantes en masa. - Los compuestos tienen siempre la misma composición en masa. ESTUDIO DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Reacción 1 hidrógeno + oxígeno - agua Cuando en ciertas condiciones se hacen reaccionar gas hidrógeno y gas oxígeno se obtiene agua. Un estudiante ha medido las cantidades de oxígeno e hidrógeno que reaccionan y la cantidad de agua obtenida. Comunicó los siguientes resultados: Expe-riencia masa de hidrógeno inicial / g masa de hidróg. que reacciona / g masa de oxígeno inicial / g masa de oxígeno que reaccional / g masa de agua formada / g masa hidrógeno sobrante / g Masa oxígeno sobrante /g 1 1,00 10,00 9,00 -- 2,00 2 2,00 14,00 15,75 0,25 -- 3 3,00 24,00 27,00 -- -- 4 4,00 32,00 36,00 -- -- 5 5,00 30,00 33,75 1,25 -- 6 6,00 50,00 54,00 -- 2,00 ACTIVIDADES ARQ1. A la vista de estos datos, el estudiante obtuvo dos leyes o conclusiones importantes acerca de la reacción, cuáles son? ARQ2. Si partieses de una mezcla formada por 2,00 g de hidrógeno y 16,004 g de oxígeno, cuál sería la composición final de la mezcla? ARQ3. Si partieses de una mezcla formada por 2,24 g de hidrógeno y 10,14 g de oxígeno, cuál sería la composición final de la mezcla? ARQ4. Qué cantidad sería preciso disponer para obtener justamente 180 g de agua? ARQ5. Queremos obtener 20 g de dióxido de carbono. Cuál debe ser la composición exacta inicial? ARQ6. Partimos de 10 g de ácido clorhídrico y 15 g de hidróxido sódico. cuál sería la composición final de la mezcla? A4Q7. Las leyes que has encontrado antes, puedes garantizar que sirven para todas las reacciones químicas? Por qué? Página 5 de 6
UN MODELO PARA LA MATERIA Las anteriores leyes experimentales de las combinaciones químicas, fueron explicadas por Dalton partiendo de una misma base teórica. Dalton tomo como punto de partida las siguientes evidencias experimentales: - Los elementos no pueden descomponerse. - Las muestras de un elemento o compuesto tienen siempre las mismas propiedades características. - En la formación de un compuesto, los elementos no desaparecen, pues pueden volverse a recuperar por descomposición del compuesto. - La masa se conserva en las reacciones químicas. - La proporción de los elementos que forman parte de un compuesto es constante. Para explicar estos hechos propuso las siguientes hipótesis: Libro de texto. Tema 8 página 180. 1.- Los elementos están constituidos por átomos, partículas discretas de materia, que son indivisibles e inalterables. 2.- Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades. Los átomos de distintos elementos tienen diferente masa y propiedades. 3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación constante y sencilla en número. Este modelo corpuscular permite explicar las diferencias entre elementos, compuestos y mezclas Hechos experimentales Las sustancias puras presentan las mismas propiedades características. Las propiedades características de cada sustancia pura son diferentes. Modelo corpuscular Las partículas (átomos o moléculas) de una sustancia pura deben ser todas iguales. Las partículas (átomos o moléculas) de cada sustancia pura deben ser diferentes. Los compuestos pueden descomponerse y los elementos no. Las mezclas pueden separarse en sus componentes más fácilmente que los compuestos. Los compuestos deben estar formados por partículas (moléculas) compuestas de otras más sencillas. Los elementos deben estar formados por partículas no divisibles (átomos). Las fuerzas que mantienen unidos los átomos en una molécula deben ser muy fuertes, en comparación, por ej., con las fuerzas que mantienen unidas las partículas de una mezcla homogénea. Explicación de las leyes ponderales mediante el modelo de Dalton. Cantidad de sustancia. El mol y la masa molar. Libro de texto. Tema 9 apartado 6 página 214 y 215. Las reacciones químicas. Libro de texto. Tema 11. Página 6 de 6