Sustancias puras y mezclas

INTRODUCCIÓN
En ciencias, a todo lo que ocupa espacio y posee los atributos de gravedad e inercia se le atribuye el nombre
de materia.
La materia, que tiene tres estados los que son sólido, líquido y gas, la podemos encintrar de dos formas:
sustancia pura y mezcla.
• Las sustancias puras tienen una composición fija(uniforme e invariable) y sus propiedades químicas y
físicas son las mismas sin importar su procedencia.
Se distinguen por sus propiedades características.
Poseen una densidad determinada y sus puntos de fusión y ebullición son fijos, propios y no dependen de los
tratamientos anteriores, métodos de preparación, etc.
Las sustancias puras se dividen en dos grupos, que son los elementos y los compuestos.
• Los elementos son sustancias formadas por un solo tipo de átomos y que no pueden ser
descompuestas o dividas en sustancias más simples por medios químicos ordinarios.
• Los compuestos son sustancias formadas por dos o más elementos unidos químicamente, por lo que
para separarlos se necesitan procesos bastante energéticos.
• Las mezclas son conjuntos de moléculas distintas que no están unidad químicamente entre sí.
Las mezclas pueden ser conjuntos de compuestos, de elementos o de ambos.
Poseen una composición variable ya que dependen de los tipos de componentes y de las cantidades de cada
uno.
No son sustancias puras por lo que no tienen puntos determinados de ebullición y fusión, sino que tienen
rangos de cada uno.
Para separar mezclas no se necesita tanta energía como para separar compuestos porque no tienen uniones
químicas. Se pueden usar diferentes métodos como: filtración, evaporación, destilación, cromatografía,
cristalización y magnetismo, entre otros.
Ahora los invitamos a ver este informe, el cual a través de actividades en el laboratorio y de investigación,
tiene como objetivos principales:
• Diferenciar entre mezcla y sustancia pura
• Establecer semejanzas y diferencias entre compuesto y elemento
• Idear un procedimiento para separar la mezcla entregada
• Y diseñar teóricamente un método químico de separación de sustancias puras.
DESARROLLO
1
1.
• Nos dieron una sustancia sólida, flexible, delgada, laminada, de color rojizo anaranjado con zonas más
oscuras, con un brillo metálico y era inodoro.
• La muestra N °2 era un polvo fino con algunas partículas más grandes. Algunas de ellas eran de color
verde−limón, otras amarillas y otras gris oscuro. Tenían un olor penetrante. Y nos dimos cuenta que si
golpeábamos despacio varias veces el frasco con la muestra, las diferentes sustancias se separaban por
color.
• Sabemos, por el objetivo 1, que una de las muestras tiene que ser mezcla y la otra sustancia pura.
La sustancia pura no la podemos reconocer porque no descompusimos ninguna de las muestras para ver si
tenían impurezas o no y así verificar cuál era sustancia pura y cuál era mezcla.
Pero sí podemos reconocer que la muestra N °2 era mezcla porque se identifican más de 2 sustancias, porque
como se explicó en el 1.2., si se movía un poco el frasco, se podían ver diferentes sustancias de diferentes
colores.
Gracias a esto, podemos decir por descarte, que la muestra 1 era sustancia pura.
2.
• La muestra N °3 era sólida, de color azul intenso, con forma cristalina definida en forma de rombo (parece
cristal de sal).
• La muestra N °4 era sólida en algunas partes y blanda en otras, su color original era gris metalizado, con
forma irregular, tenía unas partes café claro que era por el contacto con el aire. Tenía olor a parafina porque
en eso se conserva. Reacciona con el agua (H2O), agitándose rápidamente por todo el recipiente y liberando
hidrógeno.
• Según el objetivo N °2, una de las muestras debe ser elemento y la otra compuesto.
Si nos fijamos en las características de la muestra N °3 podemos decir que es una sal ya que tiene casi todas
las características parecidas, y sabemos que la sal es un compuesto.
Además, averiguando sobre algún compuesto o elemento que cumpliera las características de la muestra N °4,
descubrimos que se trataba de un elemento.
En resumen: la muestra N °3 es un compuesto
la muestra N °4 es un elemento.
• La mezcla que nos entregaron en el procedimiento N °1 se trataba de un polvo con partículas de diferentes
colores y creímos que el método diamagnético serviría.
3.1. Como era un polvo, empezamos a descartar los métodos como filtración, evaporación, condensación,
cristalización, cromatografía, etc. porque ese tipo de métodos se utiliza en mezclas líquidas y no se justificaba
disolver nuestra mezcla en agua porque si la filtrábamos después obtendríamos lo mismo (agua en un lado y la
mezcla en otro). Finalmente probamos con un imán y resultó.
3.2. Los materiales que necesitaríamos para este método de separación de mezclas serían:
• La mezcla
• 1 vidrio reloj (o cualquiera cóncavo)
• 1 imán (de preferencia largo)
2
• papel
3.3. Se vacía la mezcla en el vidrio reloj por el lado cóncavo. A continuación, se envuelve completamente el
imán con el papel y se acerca a la mezcla. Rápidamente las partículas oscuras de la mezcla son atraídas por el
imán y las partículas amarillas se quedan en el vidrio.
3.4. Se entregan por separado las sustancias de la mezcla.
• En el procedimiento N °2 se nos entregaron 2 muestras: un elemento y un compuesto.
• Intentaríamos separar el compuesto, porque contiene dos o más elementos que pueden ser separados
rompiendo los enlaces químicos. No podríamos separar el elemento porque tiene un solo tipo de átomos, y
para separa átomos se necesita energía nuclear.
• Sabemos que la mayoría de los compuestos inorgánicos, al disolverlo en agua, se ionizan, es decir, sus
moléculas se separan en las cargadas positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir
corriente eléctrica.
En este caso, si disolvemos el compuesto en agua, se va a separar en iones positivos y en iones negativos. Al
aplicar una diferencia de potencial en los electrodos, los iones positivos se moverían al electrodo negativo, se
descargarían y se depositarían en él como el elemento que son. A los iones negativos le pasaría lo mismo, con
la diferencia de que al descargarse en el electrodo positivo, como son inestables, se combinarían con el agua
de la disolución formando una solución con el otro elemento del compuesto.
A través de esta descomposición producida por una corriente eléctrica, se obtendrían los elementos del
compuesto original por separado.
• Se nos entregó la composición de las cuatro muestras usadas durante el laboratorio.
5.1.
MUESTRA
N °1
N °2
N °3
N °4
COMPOSICIÓN
Cobre
Azufre y Hierro
Sulfato de Cobre
Sodio
FÓRMULA
Cu
S y Fe
CuSO4 . 5H2O
Na
5.2.
UNIDAD BÁSICA
MUESTRA
COMPOSICIÓN
N °1
Cobre
N °2
Azufre y Hierro
N °3
Sulfato de Cobre
N °4
Sodio
DE
COMPOSICIÓN
Átomos de Cobre
Átomos de Azufre y Átomos de
Hierro
Moléculas de óxido de azufre y
Moléculas de Cobre
Átomos de Sodio
5.3. Propiedades químicas y físicas de las muestras
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• Muestra N °1: COBRE
Peso atómico
Número atómico
Densidad
Símbolo
Punto de fusión
Punto de ebullición
63,57
29
8,94
29
1.083° C
2.595° C
Es un metal rojizo, maleable y dúctil.
Es más pesado que el níquel y más duro que la plata y el oro. Es muy buen conductor de electricidad y el
calor. Presenta un alto grado de acritud, es decir, se vuelve quebradizo si se somete a martilleo y posee gran
resistencia a la corrosión atmosférica. Se encuentra libre en la naturaleza (cobre nativo) y a menudo contiene
pequeños porcentajes de plata, bismuto y plomo. También aparece combinado con oxígeno, formando óxido
cuproso y cúprico. Algunos de los minerales más conocidos del cobre son los sulfuros mixtos de hierro y
cobre, como la malaquita o pirita de cobre y el sulfuro. Sus principales aleaciones son el latón y el bronce.
• Muestra N °2: AZUFRE Y HIERRO
Símbolo
Número atómico
Masa atómica
S
16
32,064
El azufre es un elemento no metálico, insípido, inodoro y de color amarillo pálido. Todas sus formas son
insolubles en agua y las formas cristalinas son solubles en disulfuro de carbono. El azufre puede presentarse
en varias formas llamadas modificaciones alotrópicas, de las cuales las más familiares son el azufre rómbico y
el azufre monoclínico. La más estable es el azufre rómbico, sólido cristalino de color amarillo con una
densidad de 2,06 g/cm3 a 20° C. Cuando el azufre rómbico ordinario se funde a 115,21° C, forma un líquido
móvil amarillo. Si se calienta el azufre hasta casi alcanzar su punto de ebullición de 444, 6° C y después se
vierte rápidamente en agua fría, no le da tiempo a cristalizar en el estado rómbico o monoclínico, sino que
forma una sustancia transparente, pegajosa y elástica conocida como azufre amorfo o plástico.
Símbolo
Número atómico
Dureza
Punto de fusión
Punto de ebullición
Densidad
Masa atómica
Fe
26
Entre 4 y 5
1.535 °C
2.750 °C
7,86
55,874
4
El hierro es un elemento metálico, magnético, maleable, dúctil y de color blanco plateado. Se magnetiza
fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente, y a unos 790 °C desaparecen las
propiedades magnéticas.
El hierro es un metal activo. Si se expone con el aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado,
una sustancia pardo−rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín. La formación de éste es un
fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el
hierro metal. En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para
formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula orín, y la superficie del metal
acaba agujereándose.
• Muestra N °3: SULFATO DE COBRE
Es un componente sólido que se presenta como cristal de color azul ultramar en forma de rombos, de gránulos
cristalinos azules a polvo ligeramente eflorescente al aire; blanco cuando está hidratado, soluble al agua y al
metanol. Es la más importante de todas las sales de cobre y se usa como reactivo de flotación en minería.
PROPIEDADES GENERALES
Fórmula
Peso molecular
Peso específico
CuSO4 . 5H2O
249,7
2,286
(15,6°/4°)
Solubilidad
24,3 y 205 partes/ 100 partes H2O
(0° C y 100 °C)
ANÁLISIS TÍPICO
Pureza
Cobre
Zinc
Fierro
Min.
Min.
Max.
Max.
87,00
22,50
1,50
0,030
Cádmio
Arsénico
Humedad
Max.
Max.
Max.
0,05
0,05
4,00
5
• Muestra N °4: SODIO
Símbolo
Na
Dureza
0,4
Punto de fusión
98 °C
Punto de ebullición
883 °C
Densidad
0,97
Número atómico
11
Masa atómica
22,9898
El sodio es un elemento metálico blanco, plateado, extremadamente blando que puede cortarse con cuchillo y
muy reactivo. Se oxida al exponerlo al aire y reacciona violentamente con agua formando hidróxido de sodio
e hidrógeno.
En su estado libre, el sodio es un metal plateado y blando que se halla presente en numerosos compuestos
naturales, como la sal común o cloruro de sodio. El sodio es un excelente conductor del calor y la electricidad
y posee una marcada propensión a sufrir el denominado efecto fotoeléctrico o emisión de electrones al ser
expuesto a la luz.
6
−Es uno de los componentes de la sal común junto con el cloruro−
CONCLUSIONES
Durante este informe se nos aclararon dos conceptos importantes que son las mezclas y las sustancias puras.
En el primer procedimiento, vimos que el cobre (Cu) es una sustancia pura porque presenta un solo tipo de
átomos que se nota porque es una sustancia uniforme, es decir, se notaba que no había otra cosa que átomos
de Cu.
Y también aprendimos que la mezcla que nos tocó, azufre (S) con hierro (Fe), es mezcla porque no hay
enlaces químicos entre ellos y se pueden separar como lo hicimos en uno de los próximos procedimientos.
Luego, vimos diferencias entre un elemento y un complemento.
Conocimos el Sodio (Na), elemento metálico que reacciona con el aire y con el agua. En un principio,
llegamos a la conclusión de que el Na era elemento por descarte, pero después investigamos y pudimos
confirmar nuestra hipótesis.
Y como compuesto, conocimos el sulfato de cobre (CuSO4 . 5H2O), cristal de sal de Cu de color azul con
forma rómbica. Creímos que era sal por sus características físicas y estábamos en lo correcto. Era un
compuesto formado por moléculas de óxido de azufre (SO) y de Cu.
Después entramos al área de separación.
Primero, se pedía separar la mezcla entregada, la cual, para nosotros, era un polvo. Descartamos los otros
métodos porque eran para mezclas líquidas y la separamos finalmente con un imán.
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Con esto, aprendimos, entre otras cosas, que el Fe se magnetiza fácilmente y que el día magnetismo es otro
método de separación de mezclas.
Y finalmente, se nos preguntó que podríamos separar: el elemento o el compuesto que se nos había entregado
en uno de los procedimientos anteriores.
Por la materia pasada en clases, sabíamos que los elementos no se pueden separar con métodos ordinarios de
laboratorio y nosotros teníamos que proponer un método químico que se pudiera hacer en el laboratorio del
colegio. Y como también sabíamos que los compuestos tienen más de dos tipos de elementos, era como obvio
que había que separar el compuesto.
El método químico que elegimos fue la electrólisis, porque con ella se usa la corriente eléctrica para romper
los enlaces y así separar los compuestos. De esta forma, también aprendimos, o mejor dicho recordamos, el
sistema de la electrólisis.
Bueno, y también aprendimos y conocimos un poco de las propiedades químicas y físicas de las cuatro
muestras, como lo indicaba el procedimiento N °5.
En lo personal, me gustó mucho el laboratorio, especialmente porque las muestras con las que me tocó
trabajar a mí y a mi grupo, fueron entretenidas, curiosas e interesantes.
Sé que de este laboratorio se podrán sacar muchas cosas útiles para la vida diaria, como por ejemplo, separar
mezclas de cocina con un colador, etc.
BIBLIOGRAFÍA
Para la realización de este informe, se buscó información de varias fuentes. Estas son las enciclopedias y
páginas en Internet de las que se obtuvo la información:
• ENCICLOPEDIAS
• Enciclopedia Encarta 98: de aquí se obtuvo la información de las distintas muestras, sus respectivas
fotos (excepto sulfato de cobre) y los conceptos de sustancia pura y mezcla.
• Enciclopedia Espasa Calpe, Ed. Ercilla, año 1986 − Tomo 11: esta enciclopedia se utilizó para
complementar algunas propiedades del cobre.
• Enciclopedia Hispánica, año1996, tomo 4, página 158: en esta enciclopedia se encontraron algunas
propiedades del cobre.
• Enciclopedia Hispánica, año1996, tomo 5, página 343: aquí se encontró sobre los elementos, sus
propiedades, características, etc.
• PÁGINAS DE INTERNET
• www.cochilco.cl: en esta página se encontraros los usos del cobre y las propiedades químicas.
• www.procobre.cl y www.codelco.cl: estas páginas también son sobre el cobre, pero no se utilizaron
para información de este informe.
• www.penoles.com.mx/metales/sulcu.html : en esta página, que es una página de una empresa que
vende minerales, se obtuvo toda la información del sulfato de cobre que hay en este informe
8
incluyendo la fotografía.
ÍNDICE
Página
• Introducción..................................................................................................2
• Desarrollo......................................................................................................3
• Conclusiones.................................................................................................9
• Bibliografía.................................................................................................10
• Índice...........................................................................................................11
Sustancias puras y Mezclas
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