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Apunte de clase para estudiantes de 4 año del secundario
Tipo: Apuntes
1 / 16
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¡No te pierdas las partes importantes!
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Los sistemas pueden clasificarse desde dos puntos de vista:
a. Sistemas abiertos: Son aquellos que intercambian materia y energía (en general en forma de
calor) con el medio que los rodea
b. Sistemas cerrados: Son los que no intercambian materia, pero sí energía con su entorno. Si ahora
cerramos la botella con un tapón, impedimos que los vapores de los componentes del perfume
se escapen hacia el exterior.
c. Sistemas aislados: Son aquellos que no intercambian ni materia ni energía con el medio
ambiente. Si a la botella cerrada la aislamos rodeándola con una cubierta aislante, estamos en
presencia de un sistema aislado.
a. Sistemas homogéneos: Los sistemas homogéneos son aquellos en los que sus propiedades
intensivas no cambian a lo largo de todo el sistema y están formadas por una sola fase.
Así, por ejemplo, un trozo de oro puro, una muestra de agua salada, o el gas contenido en una
garrafa, son ejemplos de sistemas homogéneos.
b. Sistemas heterogéneos: Los sistemas heterogéneos son aquellos cuyos valores de las
propiedades intensivas varían según la porción del sistema considerado. Y están formados por
más de una fase.
Una bebida enfriada con cubitos de hielo es otro ejemplo de un sistema heterogéneo, porque las
propiedades intensivas del hielo son distintas que las de la bebida. Estos ejemplos nos muestran
que los sistemas heterogéneos no son uniformes, sino que presentan partes, como agua/aceite o
bebida/hielo, separadas por superficies de discontinuidad bien definidas.
La homogeneidad es un concepto relativo puesto que depende de las condiciones experimentales. La
sangre y la leche son homogéneas a simple vista. Pero observadas al microscopio revelan heterogeneidad:
en la sangre se observan glóbulos rojos y otros elementos diferentes del suero y en la leche gotitas de grasa.
Tenga en cuenta que el criterio que vamos a utilizar nosotros es un criterio visual. La sangre y la leche "para
nosotros son homogéneos".
En la naturaleza, los materiales pueden estar en diferentes estados y la explicación que da la teoría cinético-
corpuscular tanto a distintos estados como a los cambios de estados. En este tema daremos un paso más en
nuestra investigación adentrándonos en la composición los materiales, para determinar de qué están
formados.
Observa el agua mineral de una botella. Después, mira la etiqueta y lee la composición.
Contesta: ¿la vista permite ver todo lo que la etiqueta dice que contiene el líquido? ¿el
criterio visual es suficiente para saber de cuántas cosas está formada una muestra
determinada? ¿Por qué?
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Para indicar que un material está formado por una sola cosa decimos que se trata de una sustancia mientras
que cuando hay más de una sustancia, decimos que se trata de una mezcla. Como hemos visto, hay algunas
mezclas en las que a simple vista parece que sólo hay una cosa. En cambio, en otros se ven claramente las
distintas partes que la forman.
Así pues, podemos clasificar los materiales en:
En la naturaleza los materiales se encuentran habitualmente en forma de mezclas de sustancias. Por ejemplo,
en una mina no se obtiene directamente el mineral, sino que hay que separarlo de otros materiales que lo
acompañan; el aire está formado por una mezcla de gases, la leche contiene agua, grasa, minerales, vitaminas,
etc.
Tanto en la cocina como en farmacia o en la industria, continuamente estamos utilizando materiales diversos.
Si queremos conseguir un buen resultado en preparar una receta, debemos procurar que los ingredientes
sean de buena calidad y estén en las proporciones adecuadas.
Esto es aún más importante si vamos a preparar un medicamento para un enfermo. Por tanto, podemos
El siguiente paso en este trabajo será establecer mecanismos para separar las sustancias presentes en un
determinado material. Pero ¿y si el material ya fuera una sola sustancia? por más que lo intentaremos ya no
podríamos separar nada y estaríamos perdiendo el tiempo y el dinero.
Por lo tanto, antes de ponernos a separar, habrá que determinar si el material que estamos investigando es
una sustancia o una mezcla. ¿Cómo se hace esto? Es decir ¿Cómo se puede diferenciar una sustancia de una
mezcla?
Para determinar si una muestra determinada está formada por una sustancia o más de una y cuáles pueden
ser, tendremos que apoyarnos en las propiedades, pero, ¿en qué? Hemos estudiado que todos los cuerpos
tienen masa y ocupan un volumen, pero, por ejemplo, saber que la masa de un cuerpo es de 3,7 kg o que
tiene un volumen de 5 dm
3 no nos vale para identificar de cuál o cuáles sustancias está hecho, por tanto, la
masa y el volumen no son propiedades que caracterizan a una sustancia.
individuales que forman una mezcla.
dependiendo de las proporciones de los materiales que la componemos. A partir de un criterio visual las
mezclas se pueden clasificar en:
vista o con ayuda de un microscopio las diferentes partes que la componen, por ejemplo, el granito,
la ensalada de lechuga y tomate, el jugo de naranja, etc.
aspecto, incluso, mirándolas con ayuda de un microscopio. Por ejemplo, el agua mineral, un jarabe,
etc.
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
¿Cómo son las propiedades de una mezcla de varias sustancias? ¿También son constantes? Por ejemplo,
podemos poner a calentar una mezcla de varios líquidos. Al llegar al punto de ebullición de la sustancia que
lo tenga más bajo, esta comenzará a vaporizarse. La temperatura seguirá aumentando hasta llegar al punto
de ebullición de la segunda sustancia y así sucesivamente.
A diferencia de las sustancias, las mezclas no tienen un valor constante de la temperatura de fusión y
ebullición, sino que estos valores varían en función de los componentes de la mezcla y las proporciones de
los mismos.
Este hecho nos resulta muy interesante porque nos permite diferenciar una sustancia de una mezcla. En
la figura se observa la diferencia entre la gráfica de calentamiento de una sustancia y una mezcla:
Sustancia Mezcla
Cada una de las diferentes clases de materia Sistema material formado por más de una sustancia
Tiene unas propiedades específicas,
determinadas e invariables:
La temperatura de fusión y la de ebullición se
mantienen constantes mientras tiene lugar el
cambio de estado.
La densidad es la misma en todos los puntos
Las propiedades no son constantes, sino que varían según
las proporciones de los materiales
La temperatura de fusión y la de ebullición son variables
y cambian mientras se produce el cambio de estado.
La densidad es variable en función de las proporciones de
las sustancias mezcladas
Ya hemos visto que los materiales suelen presentarse mezclados en la naturaleza, pero para poder utilizarlos,
los necesitamos aislados. Es por ello que uno de los trabajos fundamentales de los químicos, ya desde la
antigüedad, ha sido la separación de los componentes de una mezcla. Por ejemplo, descubrir cómo se
separaba el hierro de su mineral permitió fabricar armas consistentes y contribuyó de forma muy importante
a la expansión del imperio romano. Actualmente la mayor parte de las técnicas más usuales en los laboratorios
están asociadas a los problemas de separación de sustancias.
Otra actividad que se realiza continuamente en los procesos químicos es la preparación de materiales con
unas propiedades determinadas que nos permiten resolver los problemas y cubrir nuestras necesidades
(como, por ejemplo, preparar medicamentos, pinturas, plásticos con unas características específicas, etc.).
Para lograrlo, necesitamos tener las sustancias aisladas y purificadas, para poder tomar la cantidad exacta de
cada una y preparar el material con las propiedades que deseamos.
En definitiva, para trabajar en el laboratorio (y en la cocina) necesitamos las sustancias aisladas, pero, ¿cómo
podemos obtenerlas? ¿Cómo podemos separar las sustancias que forman una mezcla? Podemos apoyarnos
en las propiedades específicas de las sustancias, como la densidad, la temperatura de fusión y la de ebullición.
El análisis de un material en base a estas propiedades nos puede permitir determinar si está formado por una
sola sustancia o es una mezcla. Por esta razón, el conocimiento y la utilización de las propiedades específicas
de cada sustancia se convierte en una información fundamental para poder separarlas.
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Como dijimos, un sistema heterogéneo está formado por dos o más fases, y para estudiar al sistema material
tendremos que analizar cada fase por separado. Para es aprenderemos algunos métodos experimentales de
separación de fases
TRIA: este método consiste en tomar con pinzas o con la mano las fases sólidas y de tamaño adecuado que
están dispersas en otro sólido o en un líquido.
TAMIZACIÓN: consiste en colocar la mezcla de dos sólidos sobre una malla de metal, de hilo, etc. Las
partículas de menor tamaño atraviesan la malla, mientras que las de mayor tamaño quedan retenidas.
SEPARACIÓN MAGNÉTICA : Basada en la fuerza de atracción que ejercen los imanes sobre el hierro (también
sobre el cobalto y, en menor medida, el níquel). Consiste en separar una sustancia magnética del resto de los
componentes de una mezcla con ayuda de un imán.
DISOLUCIÓN: Es una técnica empleada para separar de un sólido alguno de los componentes. Consiste en
la adición de un disolvente al sólido en cuestión, para disolver la sustancia que se quiere obtener por
separado. Este método se podría utilizar por ejemplo para separar una mezclade arena y sal.
FILTRACIÓN : Es una de las técnicas más utilizadas en el laboratorio y se utiliza para la separación de mezclas
de sólidos y líquidos. Consiste en hacer pasar la mezcla por un material filtrante (papel de filtro, porcelana,
arena, etc.), de forma que el sólido quede atrapado en él y el líquido se recoge por separado en otro
recipiente.
VAPORIZACIÓN : Se utiliza cuando queremos separar un sólido disuelto en un líquido. Consiste en calentar
la disolución hasta que llega a ebullición y el líquido se vaporiza. El resultado final es el soluto sólido, pegado
a las paredes del recipiente.
DECANTACIÓN: Se utiliza para separar dos o más líquidos inmiscibles, basándose en la diferencia de
densidad los mismos. Este método no se puede utilizar si los líquidos son miscibles, como, por ejemplo, una
mezcla de agua y alcohol. ¿Por qué? La técnica de laboratorio consiste en colocar la mezcla de líquidos a
separar en un embudo de decantación y dejarlo en reposo durante el tiempo necesario para que los líquidos
se separen en capas, de modo que el de menor densidad se queda en la parte superior y el de mayor
densidad, abajo. Una vez han decantado los líquidos, la llave inferior permite extraer los diferentes líquidos
sobrenada, facilitando la separación. Si se desea acelerar la sedimentación de una fase se puede aplicar el
método de centrifugación.
CENTRIFUGACIÓN: consiste en colocar la mezcla formada por un sólido y un líquido en un recipiente que
se hace girar a gran velocidad. La fase más densa, generalmente la sólida, se deposita en el fondo del tubo y
la otra sobrenada.
LEVIGACIÓN: se utiliza para separar mezclas formadas por dos sólidos mediante una corriente de líquido,
que arrastra la fase de menor densidad y no disuelve ni altera la misma.
VENTILACIÓN : este método es similar a la levigación, pero se utiliza una corriente gaseosa, que reemplaza
a la líquida.
FLOTACIÓN: consiste en agregar a la mezcla formada por dos sólidos, un líquido de densidad intermedia,
que no altere las sustancias.
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Actividad N° 1: Para separar los componentes de una mezcla se utilizan los llamados métodos físicos de
separación.
a) El método de separación.
b) La característica del material.
c) La propiedad característica que se utiliza para efectuar la separación.
d) Elegir un método y escribir un informe del procedimiento de separación de una mezcla
Actividad N° 2: Selecciona el método más adecuado para separar las siguientes mezclas:
a) Azufre y hierro
b) Arena y yodo
c) Polvo de tiza y monedas
d) Telgopor y arena
e) Arena y tizas
f) Agua y alcohol
g) Agua y aceite
Además de separar las fases y componentes de un sistema material de manera experimental a través de
técnicas e instrumentos, nos interesa saber qué porcentaje de masa se separa (del sistema heterogéneo) o se
fracciona (del sistema homogéneo). Para ellos aprenderemos algunos cálculos.
Teóricamente la composición centesimal indica el porcentaje en masa, de cada elemento que forma parte
puede determinarse su fórmula mínima o molecular. También se obtiene a partir de la fórmula molecular del
compuesto, ya que esta nos indica el número de átomos de cada elemento presente en el compuesto.
Cálculo de composición centesimal:
En un sistema formado por 130g limadura de hierro, 50 g de trozos de corcho y 70 g de agua, calcular la
composición centesimal del sistema.
1. Vamos a calcular la masa total del sistema: 130g + 50g + 70g = 250g 2. Vamos a calcular el porcentaje de la cantidad de masa de cada una de las fases
Buscar la composición centesimal es calcular la cantidad masa de fase cada 100g de sistema (recordemos
que la palabra centesimal se refiere al número 100)
Planteo para calcular cantidad en gramos de composición:
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Planteo para calcular porcentaje de composición:
Hasta ahora sólo tenemos la composición centesimal de la fase de limaduras de hierro, así calculemos la
composición centesimal de los trozos del corcho y del agua.
Otra forma de calcular la composición centesimal (CC) de cada elemento del sistema
Para calcular la composición centesimal de cada elemento , se aplica la siguiente expresión:
Donde:
PMi la masa atómica de dicho elemento.
Pmc es la masa molecular del compuesto.
ampliamente utilizado en la industria química y se conoce como el "rey de los productos químicos".
Utilice los siguientes pesos atómicos:
H = 1 g/mol, S = 32 g/mol, O = 16 g/mol.
cada elemento de la glucosa (C 6
12
6 ), considerando los siguientes pesos atómicos:
C=12 g/mol, H= 1 g/mol, O = 16 g/mol.
fabricación de fertilizantes. Calcule su composición centesimal de cada elemento de compuesto
utilizando los siguientes pesos atómicos:
K = 39 g/mol, N = 14 g/mol, O = 16 g/mol.
fabricación de cemento. Determine su composición centesimal sabiendo que los pesos atómicos son:
Ca = 40 g/mol, C = 12 g/mol, O = 16 g/mol.
Partiendo de 150g de sistema material, ¿cuál es la proporción en gramos de cada una de las fases?
Escribir los pasos y métodos para la separación de las fases de dicho sistema.
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
¡ATENCIÓN! DIFERENCIAS ENTRE SUSTANCIA SIMPLE Y ELEMENTO
Sustancia simple es físicamente real y observable. No se puede descomponer mediante cambios químicos.
Elemento químico es una determinada clase de átomos (todos iguales), forma las sustancias, pero un elemento no es
una sustancia sino el nombre genérico que se utiliza para describir esa clase de átomos. No tiene existencia real como
sustancia, pero se mantiene constante en los cambios químicos, cuando se reorganizan los átomos y forman nuevas
sustancias.
Esta explicación es clara y fácil de comprender, pero se plantea un problema de que las moléculas no son
visibles, entonces:
¿Cómo se puede comprobar si una sustancia es pura o no es?
Como ya vimos anteriormente, experimentalmente se ha comprobado que ciertas propiedades, llamadas
constantes físicas , se pueden usar para saber si la sustancia es pura o no lo es. Por ejemplo, la densidad, el
punto de fusión, etc.
Por lo tanto, podemos afirmar que cuando una sustancia es pura presenta propiedades definidas y
reconocibles. Entonces, determinando esas propiedades, llamadas constantes físicas , se puede saber si la
sustancia es pura o no lo es. En suma, es posible afirmar que:
Sustancia pura es aquella que tiene una composición determinada y presenta propiedades definidas.
En resumen:
Sistema homogéneo. Sistema homogéneo.
Propiedades intensivas idénticas en todas sus
porciones.
Propiedades intensivas idénticas en todas sus porciones.
Fraccionable por métodos físicos. No fraccionable por métodos físicos.
La proporción de sus componentes puede variar. Composición química constante.
Formada por dos o más clases de moléculas. Una sola clase de moléculas.
Al examinar la composición de las moléculas de diferentes sustancias:
Podemos observar que algunas moléculas, como las de oxígeno y ozono están constituida por átomos de
un solo elemento químico. A esta clase de sustancia que tienen sus moléculas constituidas por átomos del
mismo elemento, se las denomina sustancia simple.
En cambio, las moléculas de otras sustancias, tales como el agua y el dióxido de carbono, están constituidas
por átomos de diferentes elementos químicos. A estas sustancias cuyas moléculas resultan de la unión
de átomos de dos o más elementos químicos, se las denomina sustancias compuestas o compuestos.
Sustancias simples Sustancias compuestas
No se pueden descomponer mediante cambios
químicos en más de un elemento.
Están formadas por átomos aislados o moléculas de
un solo elemento, es decir, átomos de una sola clase.
Se pueden descomponer mediante cambios
químicos y dar lugares a otras sustancias simples.
Están formadas por dos o más clases de átomos
diferentes.
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Actividad N° 4 :
En las siguientes representaciones, los círculos de distintos tamaños y colores representan átomos de
distintos elementos químicos. Indique en cada caso cuantas sustancias hay presentes, si son simples o
compuestas, si están formados por átomos aislados o moléculas y cuántos elementos están presentes.
Actividad N° 5
En las siguientes figuras se representan diferentes transformaciones de la materia. Indique, justificando en
cada caso, cual de ellas son cambios físicos o químicos.
c
c
Unidad Temática N° 1 : La estructura de la materia
Entre los metales se pueden mencionar: sodio (Na), zinc (Zn), cobalto (Co), cromo (Cr); níquel (Ni); mercurio
(Hg); magnesio (Mg); manganeso (Mn); plata (Ag); oro (Au); cinc (Zn).
Como ejemplos de no metales se encuentran: carbono (C); nitrógeno (N); oxígeno (O); fósforo (P); azufre
(S); cloro (Cl). Arsénico (As); bromo (Br); yodo (I); etc.
Los gases inertes , también llamados gases raros o gases nobles , son: helio (He); neón (Ne); argón (Ar);
kriptón (Kr); xenón (Xe) y radón (Ra).
En el siguiente cuadro se resumen las principales propiedades físicas y químicas de cada grupo:
Actividad N° 6:
Realice un esquema submicroscópico que represente como son las sustancias iniciales y finales en cada uno
de los procesos mencionados. Clasificar.
a) Mezclamos en un recipiente cerrado aluminio en polvo y gas cloro. A continuación, lo quemamos
totalmente y observamos que se desprende mucho calor y ahora lo que tenemos es una sustancia
blanca denominada cloruro de aluminio.
b) Óxido de mercurio (II) (sólido naranja) → Oxígeno (gas incoloro) + Mercurio (líquido plateado)
c) El carbonato de cobre es un producto con una densidad de 3,9 g/cm
3 , que tiene una temperatura de
fusión de 200 °C y se vende en forma de polvo de color blanco. Al calentarlo un poco, se transforma
en un solido negro, al tiempo que se forma un gas, que se puede reconocer como dióxido de carbono.
¡ATENCIÓN! Observe las diferencias entre mezcla y compuesto:
