Mezclas, disoluciones y sustancias puras

DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA
LUIS RUIZ MARTÍN
FÍSICA Y QUÍMICA 3º DE ESO
MEZCLAS DISOLUCIONES Y SUSTANCIAS PURAS
ACTIVIDAD 1: La materia y su aspecto
Ya has estudiado que la materia es todo aquello que tiene masa y que ocupa un lugar en el espacio. Es
decir, que tiene volumen. Por los tanto, son materia los seres vivos y los cuerpos o sistemas inanimados.
Un gato, una planta, una piedra, el agua de un vaso o el aire que respiramos son materia.
Todo lo que es materia es, o una SUSTANCIA, o una MEZCLA DE SUSTANCIAS. El oro o la plata,
por ejemplo, son sustancias puras, pero lo normal es encontrar la materia formada por mezclas. Así, las
rocas están constituidas por sustancias que llamamos minerales. También es una mezcla el agua de los
océanos (que no sólo es agua, ya que lleva disuelto cloruro de sodio, yoduro de sodio, etc.) o el aire de
nuestro planeta (mezcla de oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, etc.). Nuestro cuerpo y el de
cualquier ser vivo, animal o vegetal, también está constituido por diferentes sustancias (proteínas,
grasas, hidratos de carbono, etc).
Ya sabes que una sustancia es un tipo determinado de materia que se puede identificar por sus
propiedades específicas. Tendrá una temperatura de fusión y de ebullición propia, una densidad
característica y será soluble en unas sustancias e insoluble en otras. Además de identificarlas, las
diferentes propiedades de las sustancias sirven para separarlas cuando están mezclada unas con otras.
1.-Cita tres ejemplos de sustancias y tres ejemplos de mezclas
de sustancias que aparezcan el texto.
2.-Cita cuatro propiedades características de las sustancias.
3.-Escribe el significado de los términos siguientes: densidad,
punto de fusión, punto de ebullición
4.-Escribe para qué dos cosas pueden servir las propiedades
características.
5.-¿Qué tendrá mayor densidad, un clavo de hierro o una viga
de hierro?¿Qué tendrá mayor punto de fusión?
6.-¿Es posible que dos sustancias diferentes tengan la misma
densidad? ¿Cuándo podemos estar seguros de que dos
sustancias son diferentes?
Según sea el aspecto de la materia, ésta se puede clasificar como mezcla heterogénea,
homogénea (o disolución) y sustancia pura.
mezcla
Un sistema material es una MEZCLA HETEROGÉNEA cuando está formado por dos o más
sustancias, y las propiedades difieren de un punto a otro del sistema. Además, a simple vista se pueden
distinguir los componentes. Por ejemplo: una mezcla de arena y agua.
Un sistema es una DISOLUCIÓN cuando está formado por dos o más sustancias pero tiene las mismas
propiedades en todos los puntos del sistema. A simple vista no se pueden distinguir sus componentes.
Por ejemplos: el aire o el agua del grifo. Por tanto, una disolución también es una mezcla, pero
HOMOGÉNEA.
Un sistema material es una SUSTANCIA PURA (es decir, no es una mezcla) cuando tiene unas
propiedades características definidas y no se puede separar en dos o más sustancias mediante técnicas de
separación de mezclas como la filtración, la destilación, la cristalización, etc.
ACTIVIDADES DE FÍSICA Y QUÍMICA 3º DE ESO. LUIS RUIZ MARTÍN
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● Composición de algunos sistemas materiales frecuentes en nuestra vida cotidiana:
SISTEMA MATERIAL
SUSTANCIAS QUE LO FORMAN
Jugo de limón
Agua (H2O), ácido cítrico (C6H10O8),…
Lejía
Agua (H2O), hipoclorito sódico (NaClO)
Marco de ventanas
Aluminio (Al)
Leche
Agua (H2O), proteínas (lactoalbúmina), grasas, azúcares (lactosa, C12H22O11)
Azúcar
Sacarosa (C12H22O11)
Gas de la cocina
Butano (C4H10)
Alcohol medicinal
Etanol (C2H6O) y agua (H2O)
Coca-cola
Agua (H2O), dióxido de carbono (CO2), cafeína (C8N4O2H10)
Amoníaco para limpieza
Agua (H2O) y amoníaco (NH3)
Agua de mar
Agua (H2O), cloruro de sodio (NaCl), yoduro de sodio (NaI),…
Mercurio del termómetro
Mercurio (Hg)
Sal de cocina
Sal de cocina (NaCl)
Cable eléctrico
Cobre (Cu)
Aceite
Glicerol trioleato (C57H104O6), ácido oleico (C18H34O2),…
Vinagre
Agua (H2O), ácido acético (C2H4O2)
Aspirina
Ácido acetilsalicílico (C9O4H8), sacarosa (C12H22O11),…
Orina
Urea (CON2H4), ( agua (H2O)
Adoquín de granito
Aire
Petróleo
Sangre
Cuarzo (dióxido de silicio, SiO2), feldespato (silicato aluminopotásico,
KAlSi3O8) y mica
Nitrógeno (N2), oxígeno (O2), helio (He), neón (Ne), argón (Ar), agua (H2O),
dióxido de carbono (CO2),...
Metano (CH4), propano (C3H8), butano (C4H10), octano (C8H18), hexadecano
(C16H34),…
Hemoglobina (C2953H4664O832N812S8Fe4), agua (H2O), glucosa (C6H12O6),
cloruro de sodio (NaCl),…
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ACTIVIDAD 2; Mezclas y sustancias puras
Une mediante flechas las definiciones correctas:
Está formado por dos o más sustancias y las
propiedades difieren a un punto a otro del
sistema
Un sistema es una mezcla
heterogénea cuando
Los componentes se distinguen a simple
vista
Un sistema es una disolución
cuando
Tiene unas propiedades características definidas y no se puede separar en dos o más
sustancias mediante las técnicas ordinarias
Un sistema es una sustancia pura
cuando
Está formado por dos o más sustancias pero
tiene las mismas propiedades en todos los
puntos del sistema
Los componentes no se distinguen a simple
vista
ACTIVIDAD 3: La materia y las moléculas
Vas a hacer unos dibujos para recordar cómo están organizadas las moléculas en los diferentes estados de
agregación. Dibuja las moléculas con las figuras siguientes:
Un refresco compuesto por agua
(H2O), glucosa (C6H12O6) y
dióxido de carbono (CO2)
El aire de esta habitación, compuesto de nitrógeno (N2) y
oxígeno (O2)
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Un pequeño cristal de glucosa sólida (C6H12O6), que es una sustancia pura
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ACTIVIDAD 4: Soluto, disolvente y disolución
1.-Completa la siguiente tabla siempre que
sea posible:
Soluto
Disolvente Disolución
15 g
2.-Completa los datos que faltan:
Soluto
50 g
7g
200 g
1000 g
4g
1L
5L
Soluto
8L
6g
Disolvente
Disolución
(d = 1,2 g/cm3)
500 cm3
Disolvente
Recuerda:
m
d=
v
Disolución
(d = 1,3 g/cm3)
3L
500 cm3
7g
ACTIVIDAD 5: Concentración de una disolución
1.-Indica la concentración (en gramos de soluto por litro
de disolución) de las siguientes disoluciones
Soluto Disolvente
Disolución
Concentración
7 g/l
14 g
—
2l
21 g
—
3l
17,5 g
—
2,5 l
25,9 g
—
3700 cm3
12 g
—
4,6 l
4g
96 g
(dens = 1,3 g/cm3)
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2.-Ordena de mayor a menor concentración las
siguientes disoluciones:
a) 8 g/100 cm3; b) 14,5 g/l; c) 0,12 g/cm3.
3.-Para sazonar un caldo de pescado se deben
añadir 16 g de cloruro de sodio a 2 litros de caldo:
a) ¿Cuál es la concentración de sal en el caldo?
Exprésala en g/l (suponed que no hay variación
de volumen).
b) Si coges una cucharada de caldo, ¿cuál será la
concentración de caldo en esa cucharada?
c) ¿Cuántos gramos de sal habrá en esa
cucharada de caldo? (volumen de una cucharada
aproximadamente 15 cm3).
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ACTIVIDAD 6: Problemas de disoluciones
1.-Hemos preparado una limonada añadiendo azúcar a un recipiente en el que hay agua con limón. La
concentración de azúcar en esa disolución es de 40 g/l
a) ¿Qué cantidad, en volumen, tendremos de limonada?
b) ¿Cuál será la concentración de un vaso lleno de esa limonada?
2.-Irene y José se han encargado de preparar limonada para una fiesta. Irene preparó 2 litros de limonada en los
que echó 200 gramos de azúcar. José preparó 1,5 litros en los que echó 150 gramos de azúcar.
a) ¿Quién preparó más limonada? ¿Quién gastó más azúcar?
b) ¿Qué limonada estaba más dulce?
3.-Queremos preparar 1,5 litros de limonada para lo cual añadimos 90 gramos de azúcar al recipiente que
contiene el agua con limonada, y agitamos hasta que todo el azúcar ha quedado disuelta. Para comprobar si
efectivamente hay 1,5 litros lo echamos todo en una botella de esa capacidad y observamos que la botella se
llena.
a) ¿Cuál es la concentración de azúcar en esa limonada?
b) Si tomamos un vaso de 250 cm3.¿Cuál será la concentración de azúcar en ese vaso?
c) ¿Qué cantidad de azúcar habría en el vaso?
4.-En un vaso que contiene agua se han echado 10 gramos de sal. Con una probeta se ha medido el volumen de
la disolución resultante y se ha encontrado un valor de 150 cm3, expresa el valor de la concentración de esa
disolución.
5.-Ordena de mayor a menor concentración las siguientes disoluciones:
a) 6 g soluto en 200 cm3 disolución;
b) 11,3 g de soluto en 1 litro de disolución
c) 0,7 g de soluto en 1 cm3 de disolución.
6.-Un bote de tintura de yodo usada para desinfectar contiene 250 cm3 de esta disolución con una concentración
de 20 g/litro. Si cogemos en un vaso 50 cm3 de esa disolución, su concentración será de:
a) 75 g/l
b) 100 g/l
c) 15 g/l
d) Otra respuesta
7.-¿Cuál sería la concentración de la disolución que resultaría al mezclar 1 cm3 de una disolución de
concentración 0,25 g/cm3 con 3 cm3 de la misma disolución? Razona la respuesta.
8.-Una marca de leche indica en el bote que contiene un 3 % de materia grasa. Si un litro de leche pesa 1050
gramos:
a) ¿Cuánta grasa hay en ese litro?
b) ¿Cuál será la concentración en grasa en un vaso de esa misma leche?
c) ¿Cuánta grasa habrá en ese vaso si suponemos que la leche contenida pesa 200 gramos?
9.-Cuando se atasca la nariz a causa de un resfriado, es conveniente lavarla con “solución salina”, también
conocida como suero isotónico. El suero isotónico tiene una concentración del 0,9 % de sal en agua. Calcula
cuanta sal y cuanta agua son necesarias para prepara 250 gramos de suero isotónico.
10.-¿Cómo prepararíais una disolución de cloruro sódico en agua si la concentración de la misma queremos que
sea de 50 g/litro?
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ACTIVIDAD 7: Técnicas de separación de los componentes de una mezcla
1.-Qué técnicas emplearías para separar las sustancias que componen las siguientes mezclas?
a) Aceite y agua, sabiendo que son dos líquidos que no se mezclan.
b) Alcohol y agua mezclados.
c) Sal de cocina disuelta en agua.
d) Cristalitos de sal y yodo, sabiendo que la sal se disuelve en agua y no en alcohol. Mientras que el
yodo no se disuelve en agua y se disuelve en alcohol.
e) Una mezcla de gas metano y gas butano.
2.-Disponemos de dos vasos, uno de los cuales contiene agua con sal disuelta y el otro agua enturbiada con
tierra. Si hacemos pasar por un filtro de papel el líquido del primer vaso, no queda retenida la sal que hay en el
agua, mientras que si filtramos el líquido del segundo vaso quedan retenidas en el filtro las partículas de tierra.
Explica, ayudándote de dibujos, por qué sucede eso.
3.-El aluminio es un material más duro que el yeso que recubre las paredes. ¿Son las moléculas de aluminio más
duras que las moléculas de yeso? Explica la respuesta.
ACTIVIDAD 8: Solubilidad
1.-Define: a) disolución diluida; b) disolución concentrada; c) disolución saturada; d) solubilidad.
2.-¿Cómo podríamos preparar una disolución de azúcar en
agua para estar seguros de que está saturada?
3.-Tenemos una disolución saturada de azúcar en agua.
¿Qué debemos hacer para, a partir de ella, obtener una
disolución diluida de azúcar en agua?
4.-Tenemos una disolución diluida de azúcar en agua.
¿Cómo podríamos conseguir que esa disolución fuese más
concentrada?
5.-En 100 cm3 de agua se disuelven como máximo 108 g
de un sólido. ¿De qué sólido se trata?
6.-En 350 g de agua se disuelven, como máximo, 122,5 g
de una sustancia. ¿De qué sustancian se trata?
7.-Quieres preparar una disolución saturada de sal común
en agua. ¿Qué cantidad exacta de sal debes mezclar con
50 cm3 de agua? ¿Cuál sería la masa de la disolución? ¿Y
el volumen?
Tabla de solubilidades (20ºC)
(g de soluto/100 g de agua)
Sustancia
Solubilidad
Sal común (cloruro de sodio)…...
Cloruro de potasio……................
Nitrato de plata……...….….........
Nitrato de potasio……………....
Nitrato de sodio…….....………..
Cloruro de bario…………….......
Cloruro de calcio……………......
Nitrato de calcio…………….......
Carbonato de sodio…………......
Hidróxido de sodio…………......
Hidróxido de calcio…………......
Sulfato de calcio…………….......
Carbonato de calcio…………......
...…36
...…34
.....222
…...32
...…88
...…35
…...73
.....126
…...19
.....108
….....0,17
….....0,20
….....0,0013
8.-Mezclamos 75 cm3 de agua con 45 g de sal común.
¿Qué masa de sal queda en el fondo? ¿Cuál es la masa del
líquido final?
9.-En 100 cm3 de agua echamos 200 g de una sustancia desconocida X. Agitamos y filtramos. El líquido
resultante tiene una masa de 188 g. ¿De qué sustancia se trata?
10.-¿Cuántos gramos de soluto habrá contenidos en 56 g de una disolución saturada de cloruro de potasio?
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ACTIVIDAD 9: Sustancias puras: Elementos y compuestos
1.-Los dibujos de abajo representan gases
a) ¿Por qué?
b) ¿Cuál de ellos A, B, C, ó
D representa una mezcla?
c) ¿Y una sustancia pura?
d) ¿Y un elemento?
e) ¿Y un compuesto?
2.-Los dibujos de abajo representan sustancias en estado líquido o en estado sólido
a) ¿Cuál de ellos, A, B, C, ó
D representa una mezcla?
b) Y una disolución?
c) ¿Y una sustancia pura?
d) Indica cuáles son líquidos
y cuáles son sólidos
e) ¿Cuál representa un
elemento
y
cuál
un
compuesto?
ACTIVIDAD 10: Descomposición de compuestos
► Las sustancias puras pueden ser sustancias simples o elementos (sustancias formadas por una sola clase de
átomos) o sustancias compuestas o compuestos (sustancias formadas por más de una clase de átomos)
► Los compuestos se pueden descomponer en sustancias simples o elementos mediante dos procedimientos: la
descomposición térmica y la descomposición electrolítica o electrolisis.
1º Ejemplo:
Descomposición térmica del
clorato de potasio: se produce
oxígeno (un elemento) y cloruro
de potasio (otro compuesto)
2º Ejemplo:
Descomposición electrolítica del
agua: se produce oxígeno e
hidrógeno
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ACTIVIDAD 11: Lectura
EL DESCUBRIMIENTO DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS
Los primeros elementos metálicos que conoció el
ser humano, debieron encontrarse en forma de pepitas.
Posiblemente fueron trozos de oro o de cobre, ya que estos
son de los pocos metales que se hallan libres (sin combinar),
en la naturaleza. El color rojizo del cobre y el tono amarillo
del oro, así como su brillo metálico, debieron llamar
poderosamente la atención.
El cobre nativo era muy práctico para fabricar
diversos instrumentos como herramientas, armaduras, o
puntas de lanza. Sin embargo era escaso. Pero de algún
modo se descubrió que al calentar con leña determinados
minerales, como la malaquita, aparecían entre las cenizas
pequeñas gotas de cobre rojo brillante. Ya conoces este
proceso, es una descomposición térmica, es decir, se
obtenía el elemento cobre a partir de un mineral, de un
compuesto que contenía cobre.
También se conocía otro metal mucho más duro,
pero bastante más escaso, el hierro, cuya única fuente eran
trozos de meteoritos, y no había ningún procedimiento para
separarlo o extraerlo de los minerales. El problema es que el
hierro está unido mucho más firmemente a los otros
elementos que con él forman el mineral, y la
descomposición térmica requiere temperaturas mucho más
altas. Finalmente, se acabó descubriendo que se podían
alcanzar estas temperaturas utilizando fuego de carbón
vegetal en vez de leña. En este proceso, además, el carbón o
carbono, que es otro elemento, desplaza y libera al hierro,
combinándose con los otros elementos que componen el
mineral.
alúmina o la magnesia, que no podían ser descompuestas
calentándolas enérgicamente con carbón vegetal. La
sospecha se confirmó cuando hallaron un medio para
hacerlo: la electricidad.
Así, cuando el físico italiano Alessandro Volta
inventó la pila eléctrica en 1800, el mundo científico
comenzó a investigar con la corriente eléctrica. Enseguida se
hizo circular la corriente a través del agua consiguiendo
descomponerla en oxígeno e hidrógeno. Ya conoces este
fenómeno, es la electrolisis o descomposición electrolítica.
Cuando finalmente se aplicó esta técnica a otras sustancias,
se obtuvieron muchos elementos nuevos. Por ejemplo, de la
cal se extrajo el calcio y de la magnesia el magnesio.
También se hizo pasar la electricidad a través de las
cenizas de determinadas plantas, llamadas alcalinas y se
obtuvieron dos elementos sumamente reactivos, el sodio y el
potasio.
El potasio, muy reactivo, se utilizó en lugar del
carbón vegetal para liberar a otros elementos. Se había visto
que se “adhería” con mucha fuerza al oxígeno. Así cuando
se calentó la sílice (SiO2) con potasio, éste se combinó con
el oxigeno liberándose un nuevo elemento: el silicio. Y lo
mismo se hizo con el llamado ácido bórico, obteniéndose el
boro.
De esta manera, sin dejar de avanzar, a mediados
del siglo XIX ya se conocían unos 60 elementos. Fue en esta
época cuando, para poner orden, se estableció el sistema de
símbolos actual y el científico ruso Mendeleiev organizó los
elementos en la tabla periódica.
óxido de hierro + carbono → óxido de carbono + hierro
Con este tipo de técnicas se llegaron a descubrir en
la antigüedad otros elementos metálicos, como el mercurio,
el estaño o el plomo.
Junto con el carbono también se conocía otro no
metal, el azufre, que se puede encontrar sin combinar en las
regiones volcánicas.
Aunque estas sustancias son hoy conocidas como
elementos, eso no quiere decir que fuesen consideradas
necesariamente como tales. Fue el científico Robert Boyle
quien, en el siglo XVII, definió lo que debía ser un elemento
químico: “un elemento es una sustancia que no puede ser
descompuesto en otras sustancias más simples”. Hoy en día
lo definimos como una sustancia formada por una sola clase
de átomos.
En el siglo XVIII se descubrieron varios elementos
gaseosos, como el nitrógeno y el oxígeno. Por ejemplo, en
el laboratorio, al calentar el compuesto clorato de potasio se
descompone produciendo oxígeno. El hidrógeno se puede
obtener tratando diversos metales, como el aluminio o el
cinc, con un tipo de sustancias llamadas ácidos.
En aquella época, muchos químicos sospechaban
que unas cuantas sustancias catalogadas como elementos,
eran realmente compuestos. Era el caso de la sílice, la cal, la
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10.
¿Qué elementos se encuentran libres en la naturaleza?
¿Qué crees que es el mineral llamado malaquita, un
elemento o un compuesto? ¿Por qué?
¿En qué se diferencia la reacción de obtención del
cobre de la del hierro?
¿Cuántos elementos químicos se conocían, más o
menos hasta la época de Boyle?
¿Son compatibles las definiciones de Boyle y la
actual de elemento químico?
¿Qué elementos gaseosos se descubrieron a lo largo
del siglo XVIII?
¿Por qué se pensaba que la sílice, la cal, la alúmina o
la magnesia eran elementos químicos?
¿Qué elementos nuevos se descubrieron mediante la
electrolisis?
Muchos minerales son óxidos metálicos. ¿Qué
función cumple el carbono en el proceso de obtención
del metal? ¿Y el potasio?
¿Cuántos elementos químicos se conocían a mediados
del siglo XIX? ¿Que científicos los organizaron en la
llamada tabla periódica de los elementos?
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