PPTCTC008TC33-A16V1 Clase Disoluciones I: mezclas, disoluciones y unidades porcentuales de concentración

Resumen de la clase anterior Reactivo limitante Reactivo que se consume primero en una reacción Rendimiento de una reacción TeóricoReal Cantidad de producto obtenido, si reacciona todo el reactivo limitante Cantidad de producto obtenido realmente en una reacción

Aprendizajes esperados Definir el concepto de mezcla y los diferentes tipos de mezclas. Conocer las principales técnicas de separación de mezclas. Diferenciar soluto de disolvente. Conocer las unidades porcentuales de concentración. Páginas del libro desde la 77 a la 81.

Polvo en el viento Desierto del Sahara Amazonas Están separados por un océano Pero algo los une… Están separados por un océano Pero algo los une… 27,7 millones de toneladas/año de polvo en forma de aerosol son transportadas desde el Sahara al Amazonas En verano (hemisferio norte), el polvo llega a Estados Unidos y el Caribe. Fotografía: Nasa, 25 de junio de 2014 Consecuencias: Transporte de nutrientes desde el Sahara a la selva amazónica. Por ejemplo, se transportan 22 mil ton/año de P, que contrarresta lo perdido por lluvias e inundaciones en la selva. Puede empeorar la calidad del aire en las zonas que reciben el polvo transoceánico. Puede transportar microorganismos que causan enfermedades en animales y plantas. No se ha comprobado que transporte patógenos que afecten al humano. Consecuencias: Transporte de nutrientes desde el Sahara a la selva amazónica. Por ejemplo, se transportan 22 mil ton/año de P, que contrarresta lo perdido por lluvias e inundaciones en la selva. Puede empeorar la calidad del aire en las zonas que reciben el polvo transoceánico. Puede transportar microorganismos que causan enfermedades en animales y plantas. No se ha comprobado que transporte patógenos que afecten al humano. Polvo Clima El polvo en forma de aerosol forma una mezcla sólido-gas conocida como coloide. En esta clase aprenderemos más sobre los distintos tipos de mezclas y sus características.

1. Clasificación de la materia 2. Mezclas 3. Disoluciones 4. Unidades porcentuales de concentración

1. Clasificación de la materia Existen varios criterios para clasificar la materia. Según su composición, tenemos: Materia Sustancias puras Mezclas Una sustancia pura tiene propiedades constantes. Una de sus características importantes es que hierven y funden a temperaturas específicas.

Sustancias puras No se pueden separar en sustancias más simples por medios químicos. Compuestos Elementos Formados por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas. Cobre (Cu), potasio (K), oxígeno (O 2 ), carbono (C), entre otros. Agua (H 2 O), amoniaco (NH 3 ), benceno (C 6 H 6 ), entre otros. 1. Clasificación de la materia ¿Qué otros ejemplos conoces de sustancias puras?

2. Mezclas Mezclas Los componentes no se distinguen. Una sola fase. Heterogéneas Homogéneas Se pueden distinguir sus componentes. Más de una fase. Sistemas materiales formados por dos o más sustancias puras en cantidades variables. Cada una de las sustancias que forman la mezcla mantiene sus propiedades químicas. No ocurren reacciones químicas entre los componentes. Los componentes pueden separarse por medios físicos, tales como: destilación, filtración, tamizado, etc. ¿Puedes dar otros ejemplos de mezclas homogéneas y heterogéneas?

Muestra 1Muestra 2Muestra 3Muestra 4 A)MezclaCompuestoMezclaSustancia pura B)CompuestoMezclaCompuestoElemento C)CompuestoMezcla Elemento D)Mezcla CompuestoSustancia pura E)Sustancia puraCompuestoSustancia pura MTP En la siguiente figura se representa la composición de 4 muestras diferentes: Considerando el tipo de partículas de cada muestra, ¿cuál es la clasificación correcta? Ejercitación Ejercicio 2 “guía del alumno” C Comprensión Formada por 1 tipo de átomo Formada por 2 tipos de átomos en proporción fija Sustancia pura  elemento Sustancia pura  compuesto Dos tipos de sustancias en proporciones variables Mezclas     

2. Mezclas 2.1 Tipos de mezclas 1) Suspensión  Tipo de mezcla: heterogénea  Fase dispersa: sólido en polvo o pequeñas partículas no solubles  Fase dispersante: líquido Diámetro partículas > 1x10 -4 cm Las partículas en las suspensiones son visibles a nivel macroscópico. Las suspensiones son filtrables.

2. Mezclas 2.1 Tipos de mezclas 2) Coloide Diámetro partículas entre y cm Efecto Tyndall → fenómeno físico de dispersión de la luz por las partículas coloidales en un líquido o un gas.  Fase dispersa: gas, sólido o líquido. Siempre en menor proporción.  Fase dispersante: gas, sólido o líquido.

2. Mezclas 2.1 Tipos de mezclas 3) Disolución Diámetro partículas < cm Soluto + Disolvente = Disolución  Tipo de mezcla: homogénea  Soluto: sustancia disuelta  Disolvente: sustancia que produce la disolución. Se encuentra en menor proporción Puede ser uno o varios. Se encuentra en mayor proporción. Determina el estado de agregación de la solución. Dependiendo del número de componentes puede ser: Binaria Terciaria Cuaternaria, etc

De acuerdo a esto, al dividir una masa dada de una sustancia en corpúsculos muy pequeños, aumenta considerablemente su área superficial, incrementando su capacidad de adsorción. Lo anterior corresponde a A) un modelo. B) una teoría. C) una descripción. D) un supuesto. E) una ley. Pregunta HPC Ejercicio 7 “guía del alumno” A Comprensión Los coloides tienen una gran capacidad adsorbente, lo que puede explicarse mediante el siguiente cuadro: MC Habilidad de Pensamiento Científico: Explicación de la importancia de teorías y modelos para comprender la realidad, considerando su carácter sistémico, sintético y holístico, y dar respuesta a diversos fenómenos o situaciones problemas. Para explicar la capacidad adsorbente de los coloides, se utilizan representaciones simplificadas de sus partículas, como estructuras cúbicas muy pequeñas. Un modelo es una representación simplificada de la realidad, que permite comprender mejor un fenómeno complejo.

2.2 Técnicas de separación de mezclas Destilación Evaporación 2. Mezclas Los componentes de una mezcla pueden separarse mediante diversas técnicas que dependerán del estado de la mezcla y de los componentes. Separación mediante evaporaciones y condensaciones sucesivas, aprovechando los diferentes puntos de ebullición. Separación mediante evaporación cuando solo un componente es de interés. Se puede hacer por calentamiento o presión reducida. ¿Para qué tipo de mezcla será conveniente utilizar la destilación? ¿y la evaporación?

2.2 Técnicas de separación de mezclas Método mecánico de separación de mezclas heterogéneas, que pueden estar formadas por un líquido y un sólido, o por dos líquidos. Se basa en la diferencia de densidad de los componentes. Proceso de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso, que retiene los sólidos y permite el paso del líquido. Decantación Filtración Método físico para separar partículas de diferentes tamaños al hacerlas pasar por un tamiz (colador). Es un método utilizado generalmente en mezclas de sólidos heterogéneos. Tamizado 2. Mezclas

Ejercitación Ejercicio 5 “guía del alumno” MTP ¿En cuál de las siguientes mezclas los componentes pueden separarse utilizando un tamiz? A) NaCl–agua B) Harina–arena C) Alcohol–agua D) Sacarosa–agua E) Aceite–agua ¿Qué método de separación utilizarías para el resto de las mezclas? B Comprensión Generalmente utilizado para separar sólidos formados por partículas de diferente tamaño

Separación por métodos químicos Materia Compuestos Sustancias purasMezclas Elementos Separación por métodos físicos HomogéneasHeterogéneas Cuadro resumen

3. Disoluciones  Es una mezcla homogénea de uno más soluto(s) distribuidos en un disolvente.  No hay reacción química entre los componentes.  Hay distintos tipos dependiendo del estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso) y del número de componentes (binaria, terciaria, cuaternaria, etc). El disolvente determina el estado de agregación de la disolución. ¿Por qué el agua se denomina “disolvente universal”?

3. Disoluciones 3.1 Tipos de disoluciones SolutoDisolventeEstado disoluciónEjemplo Gas Aire GasLíquido Bebida gaseosa GasSólido H 2 en paladio Líquido Etanol en agua SólidoLíquido NaCl en agua Sólido Aleaciones metálicas Existen distintos tipos de disoluciones dependiendo el estado de agregación de sus componentes.

3. Disoluciones 3.2 Conductividad eléctrica Electrolitos → sustancias (solutos) que conducen la electricidad en disolución acuosa. 1)Fuertes: disociación completa. NaCl, NaOH, H 2 SO 4,.. 2) Débiles: disociación parcial. H 2 S, CH 3 COOH, H 2 CO 3,.. No electrolitos → sustancias (solutos) que NO conducen la electricidad en disolución acuosa. Ejemplos: C 6 H 12 O 6, C 12 H 22 O 11 Iones Conducen la corriente eléctrica Producen Cantidad Movilidad Conductividad de la disolución

3. Disoluciones 3.2 Conductividad eléctrica Conductividad de algunas muestras típicas. Conductividad a 25°C Agua ultrapura0,05 μS/cm Agua potable μS/cm Solución de suelo0,5 – 2,5 mS/cm Agua de mar53,0 mS/cm 5% NaOH223,0 mS/cm Disoluciones No electrolíticas Electrolíticas No conducen la electricidad Los solutos son compuestos covalentes No se disocian, solo se dispersan. Conducen la electricidad En general, los solutos son compuestos iónicos Disociación de solutos en sus iones constituyentes.

Ejercitación Ejercicio 11 “guía del alumno” MTP Utilizando agua como disolvente, ¿con cuál de los siguientes solutos se formará una disolución conductora de electricidad? A) Hidróxido de sodio (NaOH) B) Oxígeno (O 2 ) C) Glucosa (C 6 H 12 O 6 ) D) Dióxido de carbono (CO 2 ) E) Metanol (CH 3 OH) A Comprensión Los electrolitos conducen la corriente eléctrica en disolución. Compuestos iónicos, que al disolverse se disocian formando aniones y cationes. ¿Cuál de estos compuestos es un electrolito? Produce iones Na + y OH -

4. Unidades porcentuales de concentración Expresan la concentración mediante el porcentaje de soluto en la disolución, utilizando unidades físicas. Se utilizan tres tipos de unidades porcentuales: 1.Porcentaje masa/masa o peso/peso (% m/m o % p/p) 2.Porcentaje masa/volumen o peso/volumen (% m/v o % p/v) 3.Porcentaje volumen/volumen (% v/v)

4. Unidades porcentuales de concentración 4.1 Porcentaje masa/masa (% m/m) X g de soluto en 100 g de disolución ¿Cuál es el % m/m de una disolución formada por 30,0 gramos de soluto y 170 gramos de disolvente? Masa de disolución = masa de soluto + masa de disolvente

Ejercitación Ejercicio 14 “guía del alumno” MC ¿Cuántos gramos de disolvente existen en 100 mL de una disolución acuosa, de densidad 1 g/mL, al 25% m/m de sulfato cúprico (CuSO 4 )? A) 25 g D) 75 g B) 30 g E) 100 g C) 55 g D Aplicación ¿A cuántos g equivalen los 100 mL de disolución? Si tenemos 100 g de disolución y 25 g de soluto, ¿cuántos g de disolvente hay?

4. Unidades porcentuales de concentración X g de soluto en 100 mL de disolución ¿Cuántos gramos de soluto se necesita para preparar 300 mL de disolución de yoduro potásico (KI) al 15% m/v? 4.2 Porcentaje masa/volumen (% m/v)

Ejercitación Ejercicio 16 “guía del alumno” MTP El suero fisiológico es una disolución con múltiples utilidades médicas. Considerando que tiene una concentración 0,9% m/v de cloruro de sodio (NaCl), ¿qué masa de sal se requiere para preparar 1L de suero fisiológico? A) 0,1 g B) 0,9 g C) 9,0 g D) 10,0 g E) 90,0 g C Aplicación

4. Unidades porcentuales de concentración 4.3 Porcentaje volumen/volumen (% v/v) X mL de soluto en 100 mL de disolución Un jarabe para la tos contiene 4,2% v/v de su ingrediente activo, ¿cuántos mL de ingrediente activo se consumen en una dosis de 20 mL de jarabe?

Ejercitación Ejercicio 18 “guía del alumno” MC El porcentaje volumen-volumen (% v/v) de una disolución acuosa (densidad: 1,0 g/mL) al 3,2% m/m de etanol (densidad: 0,8 g/mL) es A) 0,4% v/v D) 4,0% v/v B) 3,2% v/v E) 4,5% v/v C) 3,8% v/v Para calcularlo necesitamos saber el volumen (mL) de soluto y el de disolución Sabemos que hay 3,2 g de etanol en 100 g de disolución ¿Cómo calculamos el volumen a partir de la masa? D Aplicación

Pregunta oficial PSU Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo de Prueba de Ciencias El siguiente esquema muestra un procedimiento experimental: Al respecto, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? A) El matraz 2 contiene, después de un tiempo, una mezcla heterogénea. B) El matraz 2 contiene, después de un tiempo, mayoritariamente agua líquida. C) Es imposible separar el cloruro de sodio contenido en el matraz 1, porque es una mezcla homogénea. D) A medida que transcurre el tiempo, disminuye la concentración de la solución contenida en el matraz 1. E) La concentración de la solución contenida en el matraz 2, al término del experimento, es mayor a la concentración de la disolución contenida en el matraz 1. B Comprensión

Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 1 D Disoluciones químicas Reconocimiento 2 C Disoluciones químicas Comprensión 3 B Disoluciones químicas ASE 4 E Disoluciones químicas Reconocimiento 5 B Disoluciones químicas Comprensión 6 C Disoluciones químicas ASE 7 A Disoluciones químicas Comprensión 8 B Disoluciones químicas Comprensión 9 C Disoluciones químicas ASE 10 D Disoluciones químicas Comprensión

Tabla de corrección ÍtemAlternativaUnidad temáticaHabilidad 11 A Disoluciones químicas Comprensión 12 D Disoluciones químicas Aplicación 13 E Disoluciones químicas Comprensión 14 D Disoluciones químicas Aplicación 15 C Disoluciones químicas Aplicación 16 C Disoluciones químicas Aplicación 17 D Disoluciones químicas Aplicación 18 D Disoluciones químicas Aplicación 19 B Disoluciones químicas Aplicación 20 E Disoluciones químicas ASE

Síntesis de la clase MATERIA Sustancias puras Mezclas Elementos Compuestos HomogéneasHeterogéneas SuspensiónColoideDisolución Ø >10 –4 cm10 –7 cm < Ø < 10 –4 cm Ø < 10 –7 cm

Prepara tu próxima clase En la próxima sesión, estudiaremos Disoluciones II: unidades químicas de concentración

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