Clasificación de los sistemas materiales.Disoluciones. Métodos de Separación.

Tema 3

Proceso físico y proceso químico Proceso físico: aquel que no afecta la naturaleza (la

composición) de las sustancias. Suelos ser mecánicos (filtración) o de aplicación de calor, pero no en gran cantidad (vaporización). Cuando calentamos agua su composición no varia (en el vapor existen las mismas moléculas de H2O, pero separadas y moviéndose a gran velocidad).

Proceso químico: afecta a la naturaleza de las sustancias y hace que se produzcan otras. La combustión o la electrólisis (separación por electricidad) son procesos químicos. Algunos calentamientos muy energéticos pueden producir cambios químicos.

Mezclas y sustancias puras

Mezcla: Un sistema material a partir del cual es posible obtener 2 o más sustancias diferentes por procesos físicos.

Sustancia pura: Aquella que no puede dar lugar a otras sustancias diferentes mediante procesos físicos.

Mezcla: Zumo de naranja (agua, acido cítrico, vitamina C, azucares…), arena y sal mezcladas, agua con sal disuelta (agua y sal), aire (oxigeno, nitrógeno…) alcohol de 96º (alcohol y agua)…Sustancia pura: oro, cobre, agua, sal

Mezclas y sustancias puras

Sistema material

SI: Mezcla

NO: Sustancia pura

¿Se separa en varias sustancias al hacer un

Proceso Físico?

MEZCLAS

Mezclas heterogéneos: En los que pueden distinguirse partes diferenciadas, bien a primera vista o bien al microscopio óptico. Presentan distintas propiedades en las diferentes partes del sistema. Ej: Zumo de naranja, mezcla de arena y sal

Sistemas materiales homogéneos: En los que no pueden distinguirse partes diferenciadas ni siquiera con ayuda del microscopio óptico. Tienen la misma composición y las mismas propiedades en cualquier porción de los mismos. Ej: Agua con sal, alcohol de 96º

SUSTANCIAS PURAS

Compuestos: Son sustancias puras que pueden separarse en otras más sencillas mediante procedimientos químicos. Ej: H2O (agua); azucar (C6H12O6); sal (NaCl); NH3 (amoníaco), etc.Ej: H2O: agua. Se puede separar en H2 y O2 mediante la electrólisis, que consiste en pasar una corriente eléctrica continua por ella, añadiendo un poco de sal o ácido.Ej: Carbonato cálcico (piedra caliza): En un horno forma el óxido de calcio (cal viva) y CO2 (Calcinación)

CaCO3->CaO+CO2 Elementos: No pueden separarse en otros más sencillas.

ejemplos: H2, O2, Fe, Cu, Hg, N2, He

MATERIA

Según el número de componentes se clasifica en

ELEMENTO COMPUESTO HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA

Puede ser Puede ser

SUSTANCIA PURA(Un componente)

MEZCLA(más de un componente)

Resumen

Sistema Material

Si, es una Mezcla No, es una Mezcla Homogénea (Disolución)

Si, es una Mezcla Heterogénea¿Se observan partes?

No, es una Sustancia Pura

No, es un Elemento

Si, es un Compuesto¿Se separa al aplicar un método químico

de separación?

¿Se seprara al aplicar un método físico de

separación?

¿Qué es una disolución?

Es una mezcla homogénea entre 2 o más sustancias

Los componentes de la disolución se clasifican en: DISOLVENTE: Es el componente mayoritario. Si

es una disolución de sólido en líquido, se toma el líquido como disolvente (aunque a veces sea el minoritario)

SOLUTO: Es el componente que está en menor cantidad. En una disolución puede haber varios solutos, de ellos se dice que se disuelven en el disolvente

Como se prepara una disolución en el laboratorio http://rabfis15.uco.es/labquimica/simulaciones/Flash

/DISOLUCIONES/Disoluciones.swf

Tipos de disoluciones

DISOLVENTE SOLUTO EJEMPLO

SOLIDO

Sólido Aleaciones Bronce= Acero=

Líquido AmalgamaGas H2 en platino

LIQUIDOSólido Azucar en aguaLíquido Alcohol en aguaGas Agua con “gas”

GASSólido HumoLíquido NieblaGas Aire

Formas de expresar la concentración Desde un punto de vista cualitativo se suele

hablar de: Disoluciones diluidas: Contienen muy poco soluto en

comparación con la cantidad de disolución que hemos preparado. Ej: 1 g de sal por L de disolución (1 g/L)

Disoluciones concentradas: Contienen gran cantidad de soluto en proporción a la cantidad de disolución. ej: 200 g de sal por L de disolución (200 g/L).

Disolución saturada: Contiene la máxima cantidad de soluto que admite esa cantidad de disolución a una temperatura dada. En el caso de la sal, como veremos luego, se forma con 36 g de NaCl por cada 100 g de agua (a prácticamente cualquier temperatura)

Formas de expresar la concentración Desde un punto de vista cuantitativo, lo anterior lo

expresaremos como un cociente en el que el numerador será la cantidad de soluto y el denominador la cantidad de disolvente o de disolución. Cuanto mayor sea ese cociente mayor será la concentración:

Según en lo que midamos las distintas cantidades (masa, en g, o volúmenes, en L) hablaremos de las distintas medidas de concentración. Las principales las estudiamos a continuación

Formas de expresar la concentración. g/L

Ejemplo:Si con una balanza medimos 20 g de sal (NaCl) y añadimos agua hasta tener 100 mL de disolución, la concentración de esa disolución en g/L será:

Eso significa que en cada litro de disolución habría 200 g de sal.

Formas de expresar la concentración. % en masaEjemplo:Si nos dicen que disolvemos 20 g de sal (NaCl) y añadimos 100 g agua tendremos 120 g de disolución Como las 2 medidas son de masa, lo mas adecuado es hallar el % en masa con una proporción:

de donde x será:

La formula sería:

Notas a la concentración en %

¿Qué quiere decir ese resultado final de 16,67%?. Serían los g de soluto, en nuestro caso NaCl, que habría disueltos en cada 100 g de disolución

el volumen final de la disolución no lo sabemos, será seguramente mayor que 100 mL que ocupan los 100 g de agua, pero no sabemos cuanto mayor. Para hallarlo debería conocer la densidad de la disolución.

Si la preparásemos en el laboratorio veríamos que su densidad, a 20 °C , es de 1,14 g/cm3 (http://goo.gl/FYwdjg), con lo que su volumen sería:

Por lo que en g/L sería:

Formas de expresar la concentración. % en volumen

Se usa cuando el soluto es un líquido y el disolvente también. Por ejemplo, una disolución de alcohol etílico (etanol) en agua. Será expresar el volumen de soluto que contienen 100 unidades de volumen de disoluciónEJEMPLO: Si nos dicen que disolvemos 100 cm3 de etanol con agua hasta conseguir 0,5 L de disolución, podemos escribir la proporción :

de donde x será:

La formula sería:

1 Calcular la masa de hidróxido de sodio.

2 Pesar 4 g de hidróxido de sodio.

3 Disolver con un poco de agua destilada.

4 Verter en un matraz aforado de 250 cm3.

5 Enrasar con una pipeta o gotero hasta el aforo.

Ejemplo: preparar 250 cm3 de hidróxido de sodio de concentración 16 g/l

Solubilidad No podemos disolver la cantidad que queramos de

una sustancia en otra. De hecho, hay sustancias que son insolubles en disolventes como el agua )por ejemplo, el tetracloruro de carbono, CCl4, o el aceite) y las que son solubles lo son en una cantidad determinada. Esa cantidad es la solubilidad

Se define solubilidad como la cantidad de soluto que puede disolverse en una cierta cantidad de disolvente a una determinada temperatura

En general se usa como cantidad de disolvente 100 g de agua y como temperatura de referencia 20ºC

Así la definición anterior quedaría como la masa de soluto que se disuelve en 100 g de agua a 20ºC

Variación de la solubilidad con la temperatura Como ves en la gráfica anterior, hay sustancia

cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura (nitrato potásico, KNO3)) y otras cuya solubilidad es prácticamente constante (NaCl).

Hablamos de solubilidad, no de lo rápido que una sustancia se disuelve. El proceso de disolución siempre es favorecido por la temperatura, por la agitación térmica de las moléculas.

Separación de mezclas

Separación sólido-líquido.Mezclas heterogéneas

Decantación: Filtración Centrifugación

Separación sólido-líquido.Mezclas homogéneas: Cristalización:

Separación sólido-líquido.Mezclas homogéneas: Destilación:

La temperatura de ebullición es una propiedad característica de las sustancias puras.

La temperatura se mantiene constante durante el proceso de ebullición

La temperatura aumenta gradualmente durante la ebullición

SUSTANCIA PURA

MEZCLA HOMOGÉNEA

Separación sólido-sólido: Disolución

Separación sólido-sólido: Sublimación Separación magnética

Separación líquido-líquido Decantación

Separación líquido-líquido Destilación fraccionada

Clasificación de los sistemas materiales desde el punto de vista microscópico

Intentaremos acercarnos a la clasificación anterior, pero desde el punto de vista microscópico, de los átomos que componen las sustancias.

Elementos Todos los elementos están recogidos en la tabla periódica (Símbolo). Todos los átomos de un mismo elementos son iguales y distintos a los

átomos de otro elemento. Los elementos pueden estar como átomos separados (metales, gases

nobles) o como moléculas (agrupación de átomos) diatómicas o triatómicas…homoatómicas.

Compuestos Formados por moléculas todas iguales (sino será

una mezcla) pero esas moléculas contienen átomos de diferentes elementos (y por eso se pueden separar en éstos por métodos químicos). Todas las moléculas serán iguales y el nº de átomos de cada elemento en la molécula vendrá representado en la fórmula.

Una mezcla no es lo mismo que un compuesto

Los constituyentes de una mezcla pueden encontrarse en cualquier proporción.

Los constituyentes de un compuesto están siempre en la misma proporción.

OXÍGENO HIDRÓGENO

Agua

Mezcla

Compuesto

+

Una mezcla no es lo mismo que un compuesto

Mezclas homogéneas

Mezclas heterogéneas

SISTEMA 1 SISTEMA 2 SISTEMA 3 SISTEMA 4

SISTEMA 5 SISTEMA 6 SISTEMA 7 SISTEMA 8

SISTEMA 9 SISTEMA 10 SISTEMA 11 SISTEMA 12

Clasifica los siguientes sistemas

CAMBIO - 1 CAMBIO - 2

CAMBIO - 3 CAMBIO - 4

¿Cuáles son cambios físicos y cuales cambios químicos?