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Publicada porMiguel Ángel Ramos Vidal Modificado hace 8 años
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Clasificación de los sistemas materiales. Disoluciones
Clasificación de los sistemas materiales. Disoluciones. Métodos de Separación. Tema 3
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Proceso físico y proceso químico
Proceso físico: aquel que no afecta la naturaleza (la composición) de las sustancias. Suelos ser mecánicos (filtración) o de aplicación de calor, pero no en gran cantidad (vaporización). Cuando calentamos agua su composición no varia (en el vapor existen las mismas moléculas de H2O, pero separadas y moviéndose a gran velocidad). Proceso químico: afecta a la naturaleza de las sustancias y hace que se produzcan otras. La combustión o la electrólisis (separación por electricidad) son procesos químicos. Algunos calentamientos muy energéticos pueden producir cambios químicos.
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Mezclas y sustancias puras
Mezcla: Un sistema material a partir del cual es posible obtener 2 o más sustancias diferentes por procesos físicos. Sustancia pura: Aquella que no puede dar lugar a otras sustancias diferentes mediante procesos físicos. Mezcla: Zumo de naranja (agua, acido cítrico, vitamina C, azucares…), arena y sal mezcladas, agua con sal disuelta (agua y sal), aire (oxigeno, nitrógeno…) alcohol de 96º (alcohol y agua)… Sustancia pura: oro, cobre, agua, sal
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Mezclas y sustancias puras
Sistema material SI: Mezcla NO: Sustancia pura ¿Se separa en varias sustancias al hacer un Proceso Físico?
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MEZCLAS Mezclas heterogéneos: En los que pueden distinguirse partes diferenciadas, bien a primera vista o bien al microscopio óptico. Presentan distintas propiedades en las diferentes partes del sistema. Ej: Zumo de naranja, mezcla de arena y sal Sistemas materiales homogéneos: En los que no pueden distinguirse partes diferenciadas ni siquiera con ayuda del microscopio óptico. Tienen la misma composición y las mismas propiedades en cualquier porción de los mismos. Ej: Agua con sal, alcohol de 96º
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SUSTANCIAS PURAS Compuestos: Son sustancias puras que pueden separarse en otras más sencillas mediante procedimientos químicos. Ej: H2O (agua); azucar (C6H12O6); sal (NaCl); NH3 (amoníaco), etc. Ej: H2O: agua. Se puede separar en H2 y O2 mediante la electrólisis, que consiste en pasar una corriente eléctrica continua por ella, añadiendo un poco de sal o ácido. Ej: Carbonato cálcico (piedra caliza): En un horno forma el óxido de calcio (cal viva) y CO2 (Calcinación) CaCO3->CaO+CO2 Elementos: No pueden separarse en otros más sencillas. ejemplos: H2, O2, Fe, Cu, Hg, N2, He
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SUSTANCIA PURA (Un componente) MEZCLA (más de un componente)
MATERIA Según el número de componentes se clasifica en SUSTANCIA PURA (Un componente) MEZCLA (más de un componente) Puede ser Puede ser ELEMENTO COMPUESTO HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA
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Resumen Si, es una Mezcla Heterogénea ¿Se observan partes?
Sistema Material Si, es una Mezcla No, es una Mezcla Homogénea (Disolución) Si, es una Mezcla Heterogénea ¿Se observan partes? No, es una Sustancia Pura No, es un Elemento Si, es un Compuesto ¿Se separa al aplicar un método químico de separación? ¿Se seprara al aplicar un método físico de separación?
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¿Qué es una disolución? Es una mezcla homogénea entre 2 o más sustancias Los componentes de la disolución se clasifican en: DISOLVENTE: Es el componente mayoritario. Si es una disolución de sólido en líquido, se toma el líquido como disolvente (aunque a veces sea el minoritario) SOLUTO: Es el componente que está en menor cantidad. En una disolución puede haber varios solutos, de ellos se dice que se disuelven en el disolvente
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Como se prepara una disolución en el laboratorio
DISOLUCIONES/Disoluciones.swf
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Tipos de disoluciones DISOLVENTE SOLUTO EJEMPLO SOLIDO Sólido
Aleaciones Bronce= Acero= Líquido Amalgama Gas H2 en platino LIQUIDO Azucar en agua Alcohol en agua Agua con “gas” GAS Humo Niebla Aire
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Formas de expresar la concentración
Desde un punto de vista cualitativo se suele hablar de: Disoluciones diluidas: Contienen muy poco soluto en comparación con la cantidad de disolución que hemos preparado. Ej: 1 g de sal por L de disolución (1 g/L) Disoluciones concentradas: Contienen gran cantidad de soluto en proporción a la cantidad de disolución. ej: 200 g de sal por L de disolución (200 g/L). Disolución saturada: Contiene la máxima cantidad de soluto que admite esa cantidad de disolución a una temperatura dada. En el caso de la sal, como veremos luego, se forma con 36 g de NaCl por cada 100 g de agua (a prácticamente cualquier temperatura)
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Formas de expresar la concentración
Desde un punto de vista cuantitativo, lo anterior lo expresaremos como un cociente en el que el numerador será la cantidad de soluto y el denominador la cantidad de disolvente o de disolución. Cuanto mayor sea ese cociente mayor será la concentración: 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛= 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 Según en lo que midamos las distintas cantidades (masa, en g, o volúmenes, en L) hablaremos de las distintas medidas de concentración. Las principales las estudiamos a continuación
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Formas de expresar la concentración. g/L
𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑔 𝐿 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 (𝑔) 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 (𝐿) Ejemplo: Si con una balanza medimos 20 g de sal (NaCl) y añadimos agua hasta tener 100 mL de disolución, la concentración de esa disolución en g/L será: 𝟐𝟎 𝒈 𝑵𝒂𝑪𝒍 𝟎,𝟏 𝑳 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 =𝟐𝟎𝟎 𝒈 𝑳 Eso significa que en cada litro de disolución habría 200 g de sal.
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Formas de expresar la concentración. % en masa
Ejemplo: Si nos dicen que disolvemos 20 g de sal (NaCl) y añadimos 100 g agua tendremos 120 g de disolución Como las 2 medidas son de masa, lo mas adecuado es hallar el % en masa con una proporción: 𝟐𝟎 𝒈 𝑵𝒂𝑪𝒍 𝟏𝟐𝟎 𝒈 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒙 𝒈 𝑵𝒂𝑪𝒍 𝟏𝟎𝟎 𝒈 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 de donde x será: 𝒙= 𝟐𝟎 𝒈 𝑵𝒂𝑪𝒍 𝟏𝟐𝟎 𝒈 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 ·𝟏𝟎𝟎 𝒈 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏=𝟏𝟔,𝟔𝟕% La formula sería: % 𝑒𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑎= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 (𝑔) 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 (𝑔) ·100
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Notas a la concentración en %
¿Qué quiere decir ese resultado final de 16,67%?. Serían los g de soluto, en nuestro caso NaCl, que habría disueltos en cada 100 g de disolución el volumen final de la disolución no lo sabemos, será seguramente mayor que 100 mL que ocupan los 100 g de agua, pero no sabemos cuanto mayor. Para hallarlo debería conocer la densidad de la disolución. Si la preparásemos en el laboratorio veríamos que su densidad, a 20 °C , es de 1,14 g/cm3 ( con lo que su volumen sería: 𝟏𝟐𝟎 𝒈 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏· 𝟏 𝒄𝒎 𝟑 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 𝟏,𝟏𝟒 𝒈 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 =𝟏𝟎𝟓,𝟐𝟔 𝒄𝒎 𝟑 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 Por lo que en g/L sería: 𝟐𝟎 𝒈 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝟎,𝟏𝟎𝟓𝟐𝟔 𝑳 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 =𝟏𝟗𝟎 𝒈/𝑳
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Formas de expresar la concentración. % en volumen
Se usa cuando el soluto es un líquido y el disolvente también. Por ejemplo, una disolución de alcohol etílico (etanol) en agua. Será expresar el volumen de soluto que contienen 100 unidades de volumen de disolución EJEMPLO: Si nos dicen que disolvemos 100 cm3 de etanol con agua hasta conseguir 0,5 L de disolución, podemos escribir la proporción : 𝟏𝟎𝟎 𝒄𝒎 𝟑 𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 𝟓𝟎𝟎 𝒄𝒎 𝟑 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 = 𝒙 𝒄𝒎 𝟑 𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 𝟏𝟎𝟎 𝒄𝒎 𝟑 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 de donde x será: 𝒙= 𝟏𝟎𝟎 𝒄𝒎 𝟑 𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 𝟓𝟎𝟎 𝒄𝒎 𝟑 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏 ·𝟏𝟎𝟎 𝒄𝒎 𝟑 𝒅𝒊𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊ó𝒏=𝟐𝟎 % 𝒗𝒐𝒍. La formula sería: % 𝑒𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 (𝑚𝐿) 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚𝐿) ·100
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Ejemplo: preparar 250 cm3 de hidróxido de sodio de concentración 16 g/l
Calcular la masa de hidróxido de sodio. 250 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛· 16 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 =5 𝑔 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 2 Pesar 4 g de hidróxido de sodio. 3 Disolver con un poco de agua destilada. 4 Verter en un matraz aforado de 250 cm3. 5 Enrasar con una pipeta o gotero hasta el aforo.
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Solubilidad No podemos disolver la cantidad que queramos de una sustancia en otra. De hecho, hay sustancias que son insolubles en disolventes como el agua )por ejemplo, el tetracloruro de carbono, CCl4, o el aceite) y las que son solubles lo son en una cantidad determinada. Esa cantidad es la solubilidad Se define solubilidad como la cantidad de soluto que puede disolverse en una cierta cantidad de disolvente a una determinada temperatura En general se usa como cantidad de disolvente 100 g de agua y como temperatura de referencia 20ºC Así la definición anterior quedaría como la masa de soluto que se disuelve en 100 g de agua a 20ºC
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Variación de la solubilidad con la temperatura
Como ves en la gráfica anterior, hay sustancia cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura (nitrato potásico, KNO3)) y otras cuya solubilidad es prácticamente constante (NaCl). Hablamos de solubilidad, no de lo rápido que una sustancia se disuelve. El proceso de disolución siempre es favorecido por la temperatura, por la agitación térmica de las moléculas.
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Separación de mezclas
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Separación sólido-líquido. Mezclas heterogéneas
Decantación: Filtración Centrifugación
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Separación sólido-líquido. Mezclas homogéneas:
Cristalización:
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Separación sólido-líquido. Mezclas homogéneas:
Destilación:
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La temperatura de ebullición es una propiedad característica de las sustancias puras.
La temperatura se mantiene constante durante el proceso de ebullición SUSTANCIA PURA La temperatura aumenta gradualmente durante la ebullición MEZCLA HOMOGÉNEA
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Separación sólido-sólido:
Disolución
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Separación sólido-sólido:
Sublimación Separación magnética
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Separación líquido-líquido
Decantación
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Separación líquido-líquido
Destilación fraccionada
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Clasificación de los sistemas materiales desde el punto de vista microscópico
Intentaremos acercarnos a la clasificación anterior, pero desde el punto de vista microscópico, de los átomos que componen las sustancias.
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Elementos Todos los elementos están recogidos en la tabla periódica (Símbolo). Todos los átomos de un mismo elementos son iguales y distintos a los átomos de otro elemento. Los elementos pueden estar como átomos separados (metales, gases nobles) o como moléculas (agrupación de átomos) diatómicas o triatómicas…homoatómicas.
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Compuestos Formados por moléculas todas iguales (sino será una mezcla) pero esas moléculas contienen átomos de diferentes elementos (y por eso se pueden separar en éstos por métodos químicos). Todas las moléculas serán iguales y el nº de átomos de cada elemento en la molécula vendrá representado en la fórmula.
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Una mezcla no es lo mismo que un compuesto
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Una mezcla no es lo mismo que un compuesto
Los constituyentes de una mezcla pueden encontrarse en cualquier proporción. Mezcla OXÍGENO HIDRÓGENO + Compuesto Agua Los constituyentes de un compuesto están siempre en la misma proporción.
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Mezclas homogéneas
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Mezclas heterogéneas
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Clasifica los siguientes sistemas
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¿Cuáles son cambios físicos y cuales cambios químicos?
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