guia problemas unidad n° 1 - Universidad Nacional de Río Negro

Universidad Nacional de Río Negro – Odontología
Introducción a los Fundamentos Biológicos: Química
Guía de estudio Nº1
GUIA DE ESTUDIO Nº1: Mezclas y sustancias
I.- Conceptos básicos:
Unidades SI (Sistema Internacional) - Unidades derivadas.
Estados de agregación de la materia. Cambios de estado. Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.
Número de fases y número de componentes. Métodos de separación de fases y métodos de fraccionamiento.
Sustancias simples y sustancias compuestas. Propiedades generales y propiedades características.
Cambios físicos y cambios químicos. Reacciones químicas y ecuaciones químicas.
II.- Fundamentación:
La utilización de diferentes materiales en la práctica odontológica implica conocer cuál es la composición de
los distintos compuestos, y en función de la misma sus propiedades físicas y químicas.
La Química, como cualquier otra actividad tiene su vocabulario propio, pero además es cuantitativa. De aquí
la necesidad de comprender la simbología química, las diferentes unidades de medidas y la interrelación entre
ellas.
III.- Objetivos:
Explicar los estados de agregación de los materiales y los cambios de estado aplicando el modelo
cinético molecular.
Diferenciar y clasificar diferentes tipos de mezclas.
Proponer diseños experimentales que permitan recuperar los componentes de una mezcla.
Identificar las propiedades generales y las propiedades características de los diversos materiales.
Explicar la diferencia entre cambios físicos y cambios químicos.
Recuperar terminología propia del lenguaje químico.
Reconocer a la ecuación química como un modelo para escribir sintéticamente un proceso químico.
Conocer y aplicar las unidades del SI y los factores de conversión.
III.- Desarrollo:
Para empezar: situación problemática
El Dr. Mouth – prestigioso colega del reconocido Dr. House- se encontraba
esa mañana ordenando papeles en un cajón cuando encontró una vieja fotografía en
la cual podía vérselo de pequeño jugando en la cocina de su casa.
“Ups! cuántos recuerdos… evidentemente la pasión por la Ciencia me
acompaña desde siempre… Recuerdo esa siesta en la que, mientras en casa todos dormían, yo me instalé en la
cocina y comencé a mezclar distintos productos que fui encontrando.
Primero vertí agua en un vaso y le agregué unos cubitos de hielo y esperé un ratito, maravillado de
cómo el hielo iba “desapareciendo” poco a poco.
Agregué azúcar, agité y una vez más se repitió el fenómeno: el azúcar “desapareció”.
Hurgando en la alacena encontré una botellita que tenía un líquido amarillento con un olor muy
desagradable, el cual mi mamá usaba cada vez que preparaba ensaladas. Agregué un poco de ese líquido al
vaso con agua. Una vez más me sentí asombrado viendo cómo ese apestoso líquido también “desaparecía” en
el agua. ¿Habría nacido mago y nadie me lo había dicho?
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Junto a la botella anterior, había otra que contenía otro líquido pero de un color amarillento más
intenso. Lo agregué también al agua, pero esta vez por más que agitaba y agitaba, no logré que el líquido
“desapareciera”. Parecía que sí, pero si dejaba de agitar, una capa amarilla comenzaba a flotar en la
superficie del agua.
Aburrido de agitar, decidí agregar a la misteriosa mezcla, pedacitos muy pequeños de virulana, a los
que fui desintegrando con mis manos. Pero para mi desencanto, éstos tampoco desaparecían sino que se
depositaban en el fondo lentamente.
Desencantado por la repentina pérdida de mis dotes de mago, y aun interesado por el líquido de olor
desagradable, volví a colocar un poco del mismo en un nuevo vaso, al que le agregué esta vez un polvito
blanco que mi mamá usaba para preparar tortas de chocolate… esta vez la sorpresa fue mayor, el polvito ni
desaparecía ni se depositaba en el fondo, sino que comenzaron a formarse burbujas que escaparon
rápidamente del vaso... Tan absorto estaba que no me di cuenta hasta después como mi madre hacía rato me
observaba y registraba con su cámara de fotos aquellos momentos…”
Actividades para pensar el relato:
1.- Este incipiente científico de sólo 6 años estuvo experimentando entre otros elementos con limaduras de
hierro (Fe), bicarbonato de sodio (NaHCO3), agua (H2O), ácido acético (CH3COOH) y sacarosa (C12H24O11).
Identificar en el relato cada una de estas sustancias.
2.- Indicar en cada caso si son sustancias simples o sustancias compuestas. Representar utilizando el modelo
cinético molecular: Fe y H2O.
3.- ¿En qué estado de agregación se presentan cada una de las sustancias propuestas en el punto 1.-?
4.- ¿Qué relación puede establecerse entre la información propuesta en la siguiente tabla y el estado de
agregación a una Tº ambiente de 22ºC (grados Celsius) de las sustancias mencionadas en la tabla?
Sustancia (ºC)
agua
dióxido de carbono
hierro
Tº de fusión (ºC)
0
-78
1535
Tº de ebullición (ºC)
100
-57
2800
5.- Identificar en el relato y dibujar esquemáticamente:
a) una mezcla de dos fases y un componente.
b) una mezcla de una fase y dos componentes.
6.- Las mezclas indicadas en el punto 5.- ¿son homogéneas ó heterogéneas? Justificar la respuesta en forma
sintética.
7.- ¿Es correcto afirmar que el aceite de cocina es una sustancia? Justificar la respuesta en forma sintética.
8.- ¿Cómo podrían separarse el agua del azúcar?, ¿y el aceite del vinagre? Proponer un dispositivo
experimental para cada caso, indicando desarrollo de la técnica y elementos a utilizar.
9.- El hielo y el azúcar: ¿realmente “desaparecen” al mezclarse con el agua?, ¿ocurre en ambos casos el
mismo tipo de fenómeno?, ¿son cambios físicos o químicos? Justificar las respuestas en forma sintética.
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10.- Representar los fenómenos mencionados en el punto 9.- utilizando el modelo cinético molecular.
11.- Cuando el ácido acético reacciona con el bicarbonato de sodio se produce la siguiente reacción:
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2 (g)
¿Se trata de un cambio físico o un cambio químico? Identificar, en la reacción planteada, reactivos y
productos
12.- Identificar en el relato propiedades físicas y propiedades químicas.
Actividades complementarias
Actividad Nº1:
1.1.- Indicar si la unidad de la izquierda es mayor, menor o igual a la de la derecha.
kg
…………
mg
………..
kg
μg
m3
…………
L
mL
…………
cm3
km
…………
m
mm
…………
cm
1.2- Completar el siguiente cuadro realizando las conversiones de unidades según corresponda:
1,55 kg
……………………kg
…………………..cm
………………….mL
………………..dm3
0.086 cm
…………….cm3
……………………K
……………………K
……………….g
692,52 g
2896 mm
0.127 L
…………………..L
…………………mm
…………………L
-273,15 ºC
…………… ºC
………………………….mg
………………………….mg
…………………………μm
…………………………cm3
981 cm 3
…………………………m
15.8 mL
………………………F
86 F
1.3.- Una tableta de un analgésico contiene 0,33 g de aspirina. Un paciente de 70,2 kg de peso toma dos
tabletas de aspirinas diarias.
a) ¿Qué cantidad de aspirina, expresada en miligramos, hay en las dos tabletas?
b) ¿Cuál es la dosis de aspirina expresada en miligramos por kilo de peso?
c) Con esta dosis diaria de tabletas de aspirina, ¿cuántos días tardaría en consumir 3,168 g de
aspirina?
1.4.- La sangre de una persona adulta contiene por término medio, cinco millones de glóbulos rojos
(eritrocitos) por cada mm3. El volumen de una gota de sangre es aproximadamente de 0,05 mL, ¿qué cantidad
de eritrocitos se encuentran presentes en una gota de sangre?
1.5.- Una persona tiene 110 mg de glucosa en 100 ml de sangre. Si el volumen total de sangre es
aproximadamente de 5 L. ¿Cuántos gramos de glucosa total contiene la sangre de esa persona?
1.6.- Usando notación científica expresar en metros el tamaño de las siguientes especies.
a) Una bacteria (tamaño medio: 0,2 μm) =
c) Una proteína (5 nm) =
b) Un virus (50 nm) =
d) Un átomo (0,1 nm) =
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Actividad Nº2:
La materia se presenta ante nosotros en tres estados diferentes: sólido, líquido y gaseoso. Completar, en el
siguiente cuadro, las propiedades distintivas de cada uno de estos tres estados:
característica
Relación fuerzas de atracción (FA) –
fuerzas de repulsión (FR)
sólido
líquido
gaseoso
Movimientos
Forma
Volumen
Miscibilidad
Compresión
Actividad N°3:
3.1.- Completar los siguientes esquemas que representan cambios de estado de la materia a nivel
submicroscópico, tal como se indica en el inciso a- para la fusión.
3.2.- En cada caso tachar lo que NO corresponda:
EL cambio de estado de un material de sólido a gaseoso se denomina SUBLIMACIÓN / VOLATILIZACIÓN. El
mismo se debe a un AUMENTO / DISMINUCIÓN de la energía cinética de las partículas y, en consecuencia, a
un AUMENTO / DISMINUCIÓN de las fuerzas de atracción entre las partículas de dicho material. Esto se
puede deber a un AUMENTO / DISMINUCIÓN de la temperatura y/o a un AUMENTO / DISMINUCIÓN de la
presión.
3.3.- Indicar en cada caso a qué cambio de estado corresponde la situación propuesta:
a) Luego de una fuerte lluvia en la calle se forma un charco pequeño. Al cabo de un tiempo sin llover
el charco desaparece.
b) Para fabricar el acero se extrae hierro de ciertos minerales y se los somete a elevadas temperaturas
para fundirlo.
c) Para formar hielo, basta con poner agua líquida en el congelador y que su temperatura descienda a
cero grados.
d) Con el paso del tiempo las bolitas de naftalina que se ponen en la ropa pareciera que desaparecen,
pero su olor penetrante se puede sentir.
3.4.- Una persona está cocinando un alimento en un recipiente de 500 ml lleno hasta la mitad con agua,
colocado sobre una hornalla encendida. Transcurrido un tiempo, el agua comienza a hervir. ¿Se producirá
alguna modificación en la temperatura del agua, en cada uno de los siguientes casos? Justificar las respuestas
en forma sintética.
a) Si se agrega más agua a temperatura de ebullición.
b) Si aumenta el tamaño de la llama.
c) Si se agregan varios cubitos de hielo.
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3.5.- Se tiene una sustancia cuyo punto de fusión es de -5°C, mientras que el punto de ebullición es de 110°C.
Indicar en qué estado de agregación se encontrará a cada de las siguientes temperaturas:
a) -20°C
b) 0°C
c) 100 °C
d) 150 °C
En estado gaseoso, ¿dicha sustancia se presentará como gas a o como vapor? Justificar la respuesta en forma
sintética.
Actividad N°4:
4.1.- ¿Cuál o cuáles de los siguientes esquemas representan a una
mezcla heterogénea?
y representan partículas submicroscópicas diferentes
4.2.- Indicar cuáles de los siguientes esquemas representan sustancias
simples y cuáles sustancias compuestas o compuestos.
4.3.- El oro blanco empleado en joyería contiene dos elementos: oro y paladio. Dos muestras distintas de oro
blanco difieren en las cantidades relativas de oro y paladio que contienen. Asimismo, ambas tienen una
composición uniforme. Sin saber más acerca de los materiales ¿cómo podría clasificarse al oro blanco: como
una mezcla o como una sustancia? Justificar la respuesta en forma sintética.
4.4.- La aspirina se compone de 60% de carbono, 4,5% de hidrógeno y 35,5% de oxígeno en masa, sea cual sea
su origen. ¿La aspirina es una mezcla o una sustancia simple? Justificar la respuesta en forma sintética.
4.5.- Clasificar cada una de las siguientes mezclas como homogéneas o heterogéneas:
a) un cubo de hielo flotando en agua
b) acero inoxidable de cromo y hierro
c) un quitamanchas que contiene clorohidrocarburos
d) los gases que salen por el tubo de escape de un automóvil
e) la leche de vaca
4.6.- Tres frascos A, B y C contienen mezclas. Clasificar las mismas en homogéneas o heterogéneas teniendo
en cuenta que:
a) Los componentes de la mezcla del frasco A pueden separarse por centrifugación.
b) Las mezclas de los frascos B y C son líquidas.
c) La mezcla del frasco C, al ser observada a través de la luz tiene un aspecto turbio, mientras que la
del frasco B no, y su aspecto es uniforme.
4.7.- Identificar en las siguientes situaciones qué método de separación de fases se emplea y completa las
siguientes frases:
a) Los albañiles, cuando realizan el revoque fino de una pared, utilizan arena finamente pulverizada, que se
separa de la de grano más grueso por…………………………….…….
b) En un laboratorio de análisis clínicos, se separa por…………………………….……….. el suero del paquete de
glóbulos rojos.
c) Algunas personas preparan café colocando granos molidos en un recipiente con agua caliente, luego quitan
el sólido excedente por ………………………….……
Actividad 5
5.1.- En un recipiente graduado se vierte agua líquida, hasta que la marca leída es de 25,0 cm3. Se coloca en su
interior un bloque de grafito cuya masa es de 13,5 g. y el nivel del agua sube hasta llegar a 31,0 cm3. Calcular
la densidad del grafito.
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5.2.-Tenemos una probeta graduada en mL. Indicar hasta qué división llega el nivel del líquido contenido en
ella si vertemos 8,00g de:
a) agua
b) leche
c) nafta
Datos (a 25ºC): δleche = 1,03 g/cm3, δnafta = 0,71 g/cm3, δagua = 1, 00 g/cm3
5.3.- Los siguientes dibujos representan la estructura cristalina de tres metales. ¿Cuál de estos metales tiene
la densidad más baja? Justificar la respuesta en forma sintética. (Considerar que la diferencia de masa de las
partículas es despreciable.)
5.4.- Los siguientes cubos tienen el mismo volumen, pero diferentes masas. ¿Cuál es el más denso? ¿Cuál el
menos denso? Justificar la respuesta en forma sintética.
5.5.- ¿Qué pasaría con la densidad, si tenemos ahora materiales que tienen las mismas masas y diferentes
volúmenes? Justificar la respuesta en forma sintética.
5.6.- El etilenglicol, un anticongelante líquido, tiene una densidad de 1.11 g/mL a 20ºC.
a) ¿Cuál es la masa en gramos de 452 ml de etilenglicol?
b) ¿Cuál es la masa en kilogramos de 18,6 L de etilenglicol?
c) ¿Cuál es el volumen en mL ocupado por 65 g de etilenglicol?
d) ¿Cuál es el volumen en litros, ocupado por 23,9 kg de etilenglicol?
Actividad Nº6:
Un químico ha encontrado en su laboratorio un vaso de precipitado con un líquido y un trozo de metal sólido
a la temperatura ambiente de 22 ºC. Él deberá identificar ambos materiales, sabiendo que están
comprendidos en la siguiente tabla:
MATERIAL
ACETONA
ALCOHOL ETÍLICO
BENCENO
TETRACLORURO
CARBONO
PLOMO
GALIO
MANGANESO
AGUA
PLATINO
CINC
CADMIO
ALUMINIO
Tº. FUSIÓN
(ºC)
-95
-117
5
DE -23
327
30
1260
0
1173
419
321
600
Tº. EBULLICIÓN
(ºC)
DENSIDAD
3
(g/cm )
DUREZA
(escala Mohs)
56
78
80
77
0.8
0.8
0.9
1.6
-
1744
2403
2097
100
3827
907
765
2057
11.3
5.9
7.2
1
21.4
7.1
8.6
2.7
1.5
1.5
5.0
4.3
2.5
2.0
2.5
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Guía de estudio Nº1
El investigador realiza diferentes experiencias para tratar de resolver su problema. A continuación se
presentan algunas de ellas. Señalar la respuesta que se considere correcta en cada caso
1º- Echa una piedra de densidad δ = 1,3 g/cm3 en el líquido. La piedra cae al fondo. Esto demuestra que el
líquido no puede ser:
a) acetona
c) benceno
b) alcohol etílico
d) tetracloruro de carbono
2º- Enfría el contenido del vaso a 3ºC. El líquido no cambia de estado. Deduce entonces que el líquido no
puede ser:
a) acetona
c) alcohol etílico
b) agua
d) benceno
3º- Cuando calienta el vaso hasta ebullición del líquido no nota cambios en el sólido. Deduce que el sólido no
puede ser:
a) plomo
c) manganeso
b) galio
d) platino
4º- Comprueba que el metal es rayado por el platino. El metal no puede ser:
a) cinc
c) manganeso
b) plomo
d) cadmio
5º- Comprueba que la masa del metal es 215 g; cuando se le hecha en un cilindro graduado que contiene 300
ml de agua, cae al fondo y eleva el nivel del agua hasta los 325 ml. Deduce que el metal es:
a) cinc
c) cadmio
b) aluminio
d) galio
6º- El líquido desconocido no hierve cuando se lo calienta a 80º C. Deduce que el líquido es:
a) alcohol etílico
c) tetracloruro de carbono
b) agua
d) benceno
Actividad Nº7:
En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones: La sustancia es un
metal lustroso color blanco plateado que se funde a los 649°C y hierve a los 1105°C, su densidad es de 1.738
g/cm3 a 20°C. La sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para
producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o
estirarse para formar alambres y es buena conductora de la electricidad, no así del calor.
Indicar cuáles de las características mencionadas corresponden a propiedades físicas y cuáles a propiedades
químicas.
Actividad Nº8:
8.1.- Señalar en cuál o cuáles de estos esquemas se representa un cambio químico y
en cuál o cuáles un cambio físico.
8.2.- Se enciende un fósforo y se sostiene bajo un trozo de metal frío. Se hacen las siguientes observaciones:
a) el fósforo arde
b) el metal se calienta
c) se condensa agua sobre el metal
d) se deposita hollín en el metal
Indicar cuáles de estos sucesos se deben a cambios físicos y cuáles a cambios químicos.
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Guía de estudio Nº1
8.3.- En el siguiente párrafo, escribir dentro de los paréntesis el concepto que se corresponda con la palabra
subrayada según se trate de: sustancia simple (A), sustancia compuesta (B), mezcla homogénea (C), mezcla
heterogénea (D), cambio físico (E) o cambio químico (F).
“El hierro ( ) no protegido al cabo de un tiempo adquiere un tono rojizo y un aspecto quebradizo. Decimos
que lo ataca el aire ( ), es decir, se ha oxidado ( ) al combinarse con el oxígeno ( )
) en la que no se
Este óxido ( ), se rompe al ser golpeado ( ) y puede ser arrastrado ( ) por el agua (
disuelve ( ) formando una mezcla ( )”.
8.4.- Si el elemento X se representa con y el elemento R con : señalar cuál de las ecuaciones que se
indican más abajo describe la reacción representada en los esquemas.
a) 3 X + 8 R → X3R8
b) 3 X + 6 R → X3R6
c) X + 2 R → XR2
d) 3 X + 8 R → 3 XR2 + 2 R
8.5.- El esquema representa el estado inicial de una mezcla de C sólido (•) y O2 gaseoso (
reaccionar según la ecuación:
C (s) + O2 (g)
CO2 (g)
→
) antes de
Indicar cuál de las siguientes figuras representa el estado final después de la reacción. Tener en cuenta la Ley
de conservación de la masa.
IV.- Respuestas a los problemas numéricos
Actividad Nº1:
1.3.- a) 660 mg ; b) 9,40 mg/Kg ; c) 4,8 días
1.4.- 2.5 . 108 eritrocitos
1.5.- 5,5 g
1.6.- a) 2 . 10-7 m ; b) 5 . 10-8 m ; c) 5 . 10-9 m ; d) 1 .
10-10 m
Actividad Nº5:
5.1.- 2,25 g / cm3
5.2.- a) 8 mL; b) 7,77 mL ; c) 11,27 mL
5.6.- a) 501,72 g ; b) 20,65 Kg ; c) 58,56 mL; d)
21,53 L
VI.- Bibliografía recomendada
Angelini y Col. “Temas de Química General”. Manuales Eudeba. 1995.
Atkins-Jones. “Principios de química. Los cambios del descubrimiento”. Edit. Panamericana: 3ra edición.
2005.
Brown. “Química. La ciencia central”. Pearson: 9na edición. 2004.
Chang R. “Química”. McGraw Hill: 7ma edición. 2005.
Garritz y Chamizo. “Tú y la Química”. Pearson Educación: 5ta edición. 2005.
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