3º ESOTema III: Mezclas, concentraciones y sustancias puras.El ilusionista de Genios.

Las mezclas heterogéneas es aquella formación de varias sustancias que a simple vista muestran un aspecto diferente por cada componente (p.e: garbanzos con lentejas o madera con trozos de pan o incluso la gasolina y el agua). En el caso de que no puedan diferenciarse a simple vista se podrían diferenciar sin dificultades con microscopio. En cualquiera de los casos el tamaño de sus partículas se considera apreciable. En el caso de que las partículas se puedan ver a simple vista se le dará nombre a dicha situación tal que Suspensión Coloidal, en el caso en el que solo sean visibles a microscopio recibirá el nombre la situación de Suspensión Química.

Ceniza+agua=mezcla heterogénea (suspensión coloidal)

Métodos de separación: Filtración: es preferible y ventajoso

cuando los componentes de la mezcla son sólido-líquido, pudiéndose así filtrarse uno frente al otro.(imagen I)

Decantación: es ventajosa cuando hay una diferencia notable de densidades entre sustancias, quedando las más densas en el fondo del recipiente y las menos densas suspendidas en la zona superior. Para ello es común usar un embudo de decantación. (Imagen II)

Tamizado: método usado para separar dos sólidos con una diferencia de tamaño en sus partículas bastante notable. La sustancia cuyas partículas son más pequeñas pasa a través del tamiz, el otro es incapaz de hacerlo y se queda en la superficie del tamiz. (Imagen III)

Separación magnética: usado para mezclas en las cuales se encuentran varios materiales pero uno de ellos siendo ferromagnético (capaz de ser atraído por un imán). Así este material queda adherido al imán mientras que los otros materiales no son capaces de ser encerrados en el campo magnético y por lo tanto permanecen inmunes en la mezcla. (Imagen IV)

Centrifugación: consiste en incrementar de forma artificial mediante giros o rotaciones las diferencias de peso de los componentes de la mezcla que tienen distinta densidad pudiendo provocar una sedimentación poniendo los materiales más pesados en una capa inferior y los materiales menos pesados en una capa superior. (Imagen V)

Las mezclas homogéneas son aquellas formadas por la composición de dos o más componentes incapaces de ser diferenciados incluso a microscopio. (p.e. las aleaciones o el aire). En las mezclas homogéneas o disoluciones muestran un componente que está en mayor proporción llamado disolvente y un componente minoritario denominado soluto. Al disolver el soluto en el disolvente se produce una reacción en la cual ese soluto “aglutinado” se esparce y rellena los huecos vacíos entre las partículas del disolvente.

En función de la proporción soluto-disolvente, la disolución puede ser:

Diluida: la cantidad de soluto es muy pequeña. Concentradas :si el soluto se encuentra en una alta

cantidad. Saturada: si la cantidad del soluto está en la máxima.

Algunas disoluciones en estado sólido son las aleaciones, los hidrógenos en metales o las amalgamas (sólido+líquido [Ag+Hg]); en estado líquido podría ser el azúcar y el agua o el alcohol y el agua; mientras que en estado gas el humo o el propio aire.

Métodos de separación: Destilación: se lleva acabo con dos

líquidos con diferentes puntos de ebullición albergados en un matraz de destilación. Al tener diferentes puntos de ebullición uno de ellos se evapora primero y pasa a través de un conducto refrigerador para condensarlo después y depositarlo así en un recipiente distinto. Esta técnica es muy usada en la destilación de alcoholes. (Imagen I)

Evaporación: se lleva acabo en disoluciones líquido-sólido por ejemplo el agua con azúcar, en donde el líquido se evapora y el sólido queda esparcido en el recipiente. (Imagen II)

Cristalización: el primer paso de la cristalización es purificar la sustancia sólida disolviéndola como soluto en un disolvente. El segundo paso es filtrarlo a elevada temperatura con posterioridad para eliminar las impurezas. El último paso es dejarlo enfriar hasta que se forman los cristales puros. (Imagen III)

Cromatografía: consiste en la capacidad de velocidad que tiene un componente (generalmente líquido) de difundirse o esparcirse a través de una superficie (papel por defecto) en la que el disolvente asciende por el principio de capilaridad separándose así del soluto. (Imagen IV)

Las concentraciones en una disolución permiten conocer de forma relativa las cantidades de soluto y disolvente que forman una disolución. Así pues la concentración expresa la relación y la proporción de soluto en una determinada cantidad de disolución, nunca el disolvente, ya que busca la facilidad por medio de la cantidad minoritaria.

Esta relación se puede expresar por medio de dos cocientes diferentes a gusto del científico:

CONCENTRACIÓN POR MASA (C)=masa del SOLUTO (g)/volumen de la DISOLUCIÓN TOTAL (L)

Tanto por ciento en masa (%)= Concentración por masa (C) x 100

CONCENTACIÓN POR VOLUMEN (C)=volumen del SOLUTO (L)/volumen de la DISOLUCIÓN TOTAL (L)

Tanto por ciento en volumen (%)=Concentración por volumen (L) x 100

1-Se quieren preparar 350 (g) de disolución de sulfuro de calcio al 8% en masa.

a) ¿Qué cantidades de soluto y disolvente se deben tomar?

Masa soluto (g) x 100 = (C)Masa disolución (g)

Masa soluto (g) x 100= 8350 (g)

Masa soluto (g)=(8/100)x350 (g)Masa soluto (g)=28 Masa de disolución=masa de soluto + masa

de disolventeMasa de disolvente=masa de disolución-masa

de solutoMasa de disolvente=322 (g)

b) Si la densidad de la disolución es de 1,2 g/cm3 determina su concentración en masa.

d=masa disolución (g)/volumen disolución (L)1200 (g/L)=350 (g)/volumen de disoluciónVolumen de disolución=350/1200 (L)Volumen de disolución=0,29 LConcentración por masa (C)=masa

soluto/volumen de disolución(C)=28 (g)/0,29 (L)=96 (g/L)

2-Se necesita 87,5 (m3) de Cloro gas para el uso de este en piscinas de una determinada zona geográfica. Indica si será suficiente el cloro gas contenido en el aire de un recipiente ortoedro cuyos lados miden 12 x 8 x 3 (m) respectivamente sabiendo que dicho aire contiene una pureza del 44% en Cloro.

(% V) = volumen soluto/volumen disolución x 10044=87,5 (m3)/V aire (disolución) x 10087,5/0,44 = V aire=198,86 (m3)Se necesitan 198,86 metros cúbicos de dicho aire para rellenar dichas piscinas teniendo el recipiente 288, por lo que es más que suficiente.

Se denomina solubilidad a la medida máxima de soluto que puede disolverse en un disolvente (generalmente por facilidad se elige la cantidad de 100 g de disolvente) a una temperatura fija (por lo general 298 K=25ºC). La solubilidad está asociada a la polaridad, propiedad que determina la dirección que moldean las cargas eléctricas de una partícula provocando una mayor o menor solubilidad.

Factores que influyen en la solubilidad.1º) Temperatura: la solubilidad aumenta a medida que aumenta la temperatura en un estado líquido de la sustancia aunque no debe llegar al estado gas. Una vez llega al estado gas en el caso de las sustancias inorgánicas la solubilidad disminuye con la temperatura, en el caso de las sustancias orgánicas sin embargo sigue aumentando. En el caso de los sólidos en agua, la solubilidad aumenta con la temperatura. No obstante existen excepciones como es el caso del carbonato de litio. 2º) Presión: la presión afecta únicamente a los gases en la solubilidad ya que si ejercemos una mayor presión sobre la disolución la solubilidad aumentara, en el caso en que la presión disminuya la solubilidad disminuirá. 3º) La ionización de la disolución: existe un principio denominado Principio del ión Común el cual defiende que el producto de las concentraciones provocadas por los iones debe permanecer constante (Producto de las concentraciones=cte), por lo tanto si aumentamos la concentración de un ion en la disolución, la concentración del otro debe disminuir en el caso de que tengamos dos o más sustancias diferentes (en las cuales están presentes los iones de su composición).4º) Orden Cristalina de la sustancia: en cuanto más desordenado sea el cristal (morfológicamente hablando) más solubilidad habrá en la disolución.Generalmente en los ensayos científicos se utiliza como disolvente el agua para estudiar la solubilidad probando como soluto diferentes sustancias.

Las sustancias puras son aquellos materiales formados por un solo componente. En el caso de que la sustancia pura sea de naturaleza simple, es decir no se puedan descomponer en otras sustancias más simples por ningún procedimiento referirán el nombre de sustancias puras simples o elementos (se asocian principalmente a los elementos de la tabla periódica. Ejemplo: Oxígeno (O), hidrógeno (H), mercurio (Hg), cobre (Cu), carbono (C)…Aunque también a variedades alotrópicas de los mismos, en el caso del carbono el diamante, el grafito…). En el caso en el cual esas sustancias puras se puedan separar en sustancias más simples se conocerán como sustancias puras compuestas o compuestos que son el resultado de la combinación química de varios elementos. Su composición es fija, por ejemplo el agua (H2O), la sal (NaCl2), el amoniaco (NH3), el ácido sulfúrico (H2SO4), el fluoruro de potasio (KF) o incluso la glucosa (C6H12O6).

Las temperaturas de fusión y ebullición de las sustancias puras son fijas y determinadas a diferencia de las mezclas en las cuales sus propiedades son más moldeables.

Curiosamente todo sistema o cuerpo material formado por una sustancia pura en diferentes estados de agregación (agua + vapor de agua p.e.) siempre será heterogéneo, es decir sus sustancias se diferenciarán sin dificultad alguna.

Termólisis: también conocida como descomposición térmica. Generalmente las sustancias puras compuestas si se someten a calor (q) se suelen separar a sustancias puras simples. Por ejemplo la malaquita (carbonato de cobre (II)) si se calienta se desprende un gas que enturbia el agua quedando un residuo negro en la base de la probeta. (Imagen I)

Electrólisis: también conocida como descomposición eléctrica. Es cuando la corriente eléctrica actúa sobre la sustancia disuelta en líquido descomponiéndola por completo. El agua por ejemplo se descompone de esta manera en oxígeno gas (O2) e hidrógeno gas (H2). (Imagen II)

Mediante la acción de enzimas y otras moléculas de síntesis: ya que las enzimas son la principal causa de las reacciones de catabolismo del cuerpo humano (convertir lo más complejo en más sencillo) pudiendo así descomponer la glucosa en simple carbono, oxígeno e hidrógeno. (Imagen III)