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3 Mezclas, disoluciones y sustancias puras

E J E R C I C I O S P R O P U E S T O S

Según la definición de sistemas materiales homogéneos y heterogéneos, ¿cómo se debe considerar unsistema formado por hielo picado en agua?

Un sistema material homogéneo es aquel que tiene la misma composición y propiedades en cualquier porción del mismo. En estecaso, la composición es la misma, pero las propiedades no (por ejemplo, la densidad es distinta en cada uno). Es, por tanto, un sistemaheterogéneo.

Al mezclar dos sistemas materiales homogéneos, ¿se produce siempre un sistema heterogéneo?

No necesariamente. La mezcla de ciertos gases (sistemas materiales homogéneos) da como resultado el aire (sistema material igual-mente homogéneo). La mezcla de agua (sistema material homogéneo) con aceite (sistema material también homogéneo) da lugar aun sistema material heterogéneo.

Explica cómo separar una mezcla de arena, sal común y serrín. Haz un esquema del procedimiento.

Añadiendo la mezcla a un vaso con agua conse-guimos que el serrín flote y podemos separarlo porarrastre. A continuación, removiendo, se disuelvela sal y podemos separar la arena por decantacióno filtración. En el papel de filtro se queda la are-na, y en el filtrado pasa la disolución salina. Se-guidamente, por evaporación, podemos recuperarla sal.

Sedimentación, decantación y flotación son téc-nicas muy usadas en minería o en la depuraciónde aguas residuales.

Indica cómo se podrían separar los componentes de una mezcla formada por agua, aceite y tetraclorurode carbono, sabiendo que son líquidos inmiscibles.

Las densidades de cada uno son: agua � 1 g / cm3; aceite � 0,92 g / cm3; tetracloruro de carbono � 1,59 g / cm3. Si se colocan en unembudo de decantación saldrá primero el tetracloruro de carbono, luego el agua y, por último, el aceite.

Un sólido formado por partículas de 3 �10 � 4 mm de tamaño está disperso en un líquido. Indica de quétipo es la mezcla y cómo podrían separarse sus componentes.

Se trata de una mezcla heterogénea y puede separarse mediante filtración, sedimentación o centrifugación.

Los coches llevan un “filtro de aire” dispuesto antes de que el aire se junte con la gasolina. ¿Por quécrees que es necesario?

En el aire hay partículas en suspensión que, al mezclarse con la gasolina para ir al carburador, pueden obturar o estropear algún dis-positivo. Por eso se limpia el aire de aquellas partículas que lleva en suspensión.

Razona según el modelo cinético por qué cuanto más finamente dividido está un sólido, más rápida-mente se disuelve.

Para desmoronar una red cristalina sólida, las partículas de disolvente entran en interacción con las partículas del sólido establecien-do fuerzas atractivas que las arrancan de la red. Cuanto más dividido esté el sólido, más superficie de contacto habrá con el disol-vente, más partículas susceptibles de disolverse y mayor rapidez de disolución.

3.7

3.6

3.5

3.4

3.3

3.2

3.1

Una mezcla de 22 mL de etanol y 22 mL de agua, ocupa un volumen final de 42,6 mL. ¿Cuál crees quees la razón?

Según la teoría cinética, las partículas que forman las sustancias dejan huecos entre sí. Al disolverse una sustancia en otra, las partí-culas de la primera se recolocan en los huecos dejados por la segunda, con lo que puede haber reajustes de volumen. Es decir, que elvolumen de dos sustancias que se disuelven no es la suma de los volúmenes de ambas (no es aditivo). Esto sucede, por ejemplo, enla mezcla de etanol y agua, donde se da una disminución de volumen.

Explica el comportamiento de una disolución de etanol y agua al calentarla, si hierve a 90 �C.

La ebullición se inicia a 90 �C, pero esta temperatura no permanece constante, sino que sigue subiendo progresivamente hasta 100 �C,a medida que va desapareciendo el alcohol y la mezcla se concentra más en el otro componente, el agua. Es un comportamiento ca-racterístico de las mezclas y permite distinguirlas de las sustancias puras.

Una sustancia de aspecto homogéneo comienza a hervir a 50 �C y continúa hirviendo a medida que aumenta su temperatura. ¿Es una disolución o una sustancia pura?

Si tras empezar a hervir no mantiene constante la temperatura, significa que es una disolución, y no una sustancia pura.

Señala los pasos que se deben seguir para preparar 250 cm3 de una disolución de azúcar de 60 g/L, si dispones de una probeta, azúcar, una balanza y agua.

Calculamos la cantidad necesaria de azúcar, m:

60 g / L � �0m,25

(g()L)

� ⇒ m � 60 (g/L) � 0,25 (L) � 15 g

En un vidrio de reloj limpio y seco se pesan 15 g de azúcar. Se pasan a un vaso con una pequeña cantidad de agua destilada y seagita hasta disolver. Después, se vierte el contenido a un matraz aforado de 250 mL. Se pasan sucesivas porciones de agua por el vasopara recoger todo el azúcar y se vierte al matraz, sin rebasar el enrase. Al acercarnos a este, el agua se añade gota a gota con unapipeta hasta completar la disolución. Luego se etiqueta y se guarda.

La etiqueta de cierta marca de leche indica que contiene un 1,6% en peso de materia grasa. Si el litrode leche pesa 1060 gramos. ¿cuál es la concentración de materia grasa en g/L?

Materia grasa total en 1 L de leche � � 1 060 (g) � 16,96 g. Por tanto, la concentración es de 16,96 g / L.

Indica en cuáles de los métodos de separación citados se provoca un cambio de estado.

Muchos de los métodos de separación de sustancias se basan en un cambio de estado: evaporación del disolvente (al ambiente o asequedad), destilación en un alambique o destilación fraccionada del aire precedida de una licuación.

Explica el proceso que seguirías para obtener alcohol etílico (punto de ebullición: 78 �C) a partir de vinotinto.

El procedimiento consistiría en introducirlo en un alambique de destilación y empezar a calentar suavemente, para que la ebullición noarrastre demasiada agua en esta primera fracción. Cuando la mezcla empieza a hervir, lo primero que se evapora es el alcohol, queatraviesa el refrigerador donde condensa. En realidad, solo cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los integrantes de lamezcla es muy grande (en torno a 80 �C) se puede proceder a una destilación simple. En caso contrario es preciso realizar destilacio-nes sucesivas para enriquecer la mezcla en alcohol.

¿Qué cantidad máxima de sulfato de cobre (II) se disolverá en 200 g de agua que se encuentra a 20 �C?

La solubilidad del sulfato de cobre a 20 �C es de 21 g / 100 cm3 de agua. Por tanto, en 200 g de agua se disolverán 42 g.

¿Cómo afecta la contaminación térmica de las aguas a la vida en ellas? Explícalo utilizando la teoría ci-nética.

Tal como se cita en el texto, en el curso alto de los ríos, la temperatura es más baja, y la solubilidad del oxígeno en el agua, mayor,lo que favorece el desarrollo de especies que necesitan mucho oxígeno, como la trucha. La contaminación térmica es aquella que pro-voca un aumento artificial de la temperatura del agua, lo que disminuye la cantidad de oxígeno disuelto. En efecto, según la teoría ci-nética, al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética media de las moléculas de gas, que tienen más probabilidades de es-capar de la disolución acuosa.

1,6�100

3.16

3.15

3.14

3.13

3.12

3.11

3.10

3.9

3.8


Gaspar

Resaltado

Gaspar

Resaltado

Para disolver mejor un terrón de azúcar, se agita el líquido con una cucharilla. Indica cuáles de las si-guientes variables aumentan entonces:

a) La velocidad del proceso.

b) La solubilidad.

c) La concentración de la disolución.

La solubilidad varía con la temperatura, pero no tiene que ver con la agitación. Lo mismo cabe decir de la concentración. Por tanto,solo se modifica la velocidad del proceso.

Explica y compara los siguientes procesos.

a)

b)

a) El esquema señala dos métodos para saber si una sustancia es un elemento o un compuesto: la descomposición térmica y la elec-trólisis. Al calentar, el sólido cambia de estado, pero no se descompone. Tampoco se descompone con la corriente, porque vuelve asu estado inicial al enfriarse. Por tanto, se trata de un elemento, y no de un compuesto.

b) El clorato de potasio sí es un compuesto porque se descompone por calor en dos sistemas más simples. Para averiguar si los otrossistemas materiales son elementos, habría que realizar experimentos, pero, a juzgar por los nombres, el oxígeno es un elemento, yel cloruro de potasio, un compuesto, que podría descomponerse en cloro y potasio.

Explica qué tipos de procesos han tenido lugar en las siguientes situaciones y en qué se diferencian.

a) Se separa una mezcla de hierro y azufre mediante un imán.

b) Se calienta sulfuro de hierro hasta una temperatura muy alta y se descompone en dos sustancias dife-rentes: azufre y hierro.

a) Es una mezcla heterogénea en la que cada sustancia mantiene sus propiedades. Pueden separarse con un imán, aprovechando lasdiferentes propiedades magnéticas de uno y otro y sin afectar a la estructura íntima de las sustancias.

b) De entrada, el sulfuro de hierro es un compuesto, con sus propiedades características. Al calentarlo sufre una descomposición quehace que el compuesto desaparezca y surjan dos sustancias nuevas (elementos), cada una de ellas con propiedades característicaspropias y distintas de las de la sustancia original.

3.19

3.18

3.17


C I E N C I A A P L I C A D A

¿Sabrías indicar cuál es la fase dispersante o disolvente y cuál la fase dispersa o soluto en la leche?

El disolvente es el agua, y el soluto (fase dispersa) está formado por grasa, caseína, lactosa y trazas de otras sustancias.

Indica algunos coloides en forma de gel que utilizamos habitualmente.

Gel de baño, jabón, lavavajillas, etc.

3.21

3.20


E J E R C I C I O S D E A P L I C A C I Ó N

Para cada gráfico, indica el rótulo adecuado.

a) Sustancia pura (sólido). c) Sustancia pura (gas).

b) Mezcla homogénea (gas). d) Disolución.

Razona cuál es la opción correcta.

a) Todos los sistemas homogéneos son sustancias puras.

b) Todas las sustancias puras son compuestos.

c) Un compuesto es una sustancia pura que se puede descomponer en otras sustancias puras.

d) Los elementos de un compuesto pueden estar en proporciones variables.

La opción correcta es la c). La opción a) es incorrecta porque hay sistemas homogéneos, las disoluciones, que no son sustancias pu-ras. La b) es incorrecta porque hay sustancias puras, los elementos químicos, que no son compuestos. La d) es incorrecta porque loselementos que forman un compuesto están siempre en una proporción definida.

Dibuja y explica procedimientos que puedan emplearse para separar en sustancias puras los sistemasmateriales siguientes.

a) Agua � aceite.

b) Arena � sal común.

c) Agua � arena � sal común � acetona (la sal no es soluble en acetona).

c) Se filtra para separar la arena, que no se ha-brá disuelto ni en agua ni en acetona. Actoseguido, mediante una destilación fraccionadase recupera la acetona en el primer conden-sado. El resto será una disolución de sal enagua; al evaporarse esta, se recupera la sal.

También se puede recuperar el agua conti-nuando la destilación hasta recoger las frac-ciones de acetona y agua, cada una por sulado. En el fondo del matraz habrá quedadola sal.

3.23

3.24

3.22


a) Son líquidos inmiscibles y se pueden separar con un embudode decantación. El agua, más densa, saldrá primero.

b) Se disuelve la mezcla en agua: la sal pasará a la disolución, yla arena no. Por filtración se separa la arena. Evaporando des-pués se recupera la sal.

a)

c)

d)

b)

Relaciona los apartados de las dos columnas.

Calcula el tanto por ciento en peso de soluto en las siguientes disoluciones.

a) 40 g de sal en 250 g de agua.

b) 50 g de azúcar en 1 kg de disolución.

c) 12 g de nitrato de plata en medio litro de agua.

a) % peso � �40 (g)

40�

(g2)50 (g)

� � 100 � 13,8 % c) % peso � �500 (g

1)2

�(g)

12 (g)� � 100 � 2,3 %

b) % peso � �1

50000

(g()g)

� � 100 � 5 %

El alcohol etílico, cuando alcanza una concentración de 0,04% en volumen en sangre, produce una in-toxicación. Si una persona de 70 kilogramos tiene 5 litros de sangre, calcula el volumen de alcohol queproduce la intoxicación.

% en vol. � �vo

vl.old.ededis

soolluuctoión

�� 100 ⇒ vol. de soluto � � �5 000 (c

1m00

3) � 0,04� � 2 cm3

Razona cuál es la opción correcta.3.28

vol. de disolución � % en vol.��

100

3.27

3.26

3.25


a) La solubilidad de los gases aumenta con la tem-peratura.

b) Los componentes de una disolución pueden mez-clarse en proporciones variables.

a) Es falsa. La solubilidad de los gases en un líquido disminuyecon la temperatura.

b) Es verdadera. Una disolución puede tener distintas concen-traciones.

c) La disolución concentrada es la que no admite mássoluto disuelto.

d) El soluto tiene distinto estado de agregación quela disolución.

c) Es falsa. La disolución que no admite más soluto se denomi-na saturada.

d) Es falsa. El soluto y el disolvente, es decir, la disolución, pueden tener el mismo estado de agregación.

Propiedades Técnicas de separación

características (sistemas materiales homogéneos y heterogéneos)

Tamaño de partícula Decantación, sedimentaciónDensidad Disolución, cristalizaciónTemperatura deebullición

Filtración

Solubilidad CromatografíaVelocidad de difusión Evaporación, destilación

Gaspar

Resaltado

Gaspar

Resaltado


P R O B L E M A S D E S Í N T E S I S

A partir de la gráfica, calcula:

a) La solubilidad del clorato de potasio a 80 �C.

b) ¿Qué ocurre con esa disolución de clorato de potasio sila enfriamos desde 80 �C hasta 40 �C?

c) ¿Qué cantidad de clorato se necesita para preparar unadisolución saturada a 80 �C en 500 cm3 de agua?

a) La solubilidad es de unos 40 g / 100 cm3 de agua.

b) La solubilidad a 80 �C es de 40 g / 100 cm3 de agua, y a 40 �C es de 17 g / 100 cm3. Suponiendo que una disolución saturada deesta sal a 80 �C se enfría hasta 40 �C, por cada 100 cm3 de disolución precipitan 40 (g) � 17 (g) � 23 g.

c) Se necesitan 40 (g) � 5 � 200 g.

¿Cómo se puede demostrar experimentalmente que el agua destilada es una sustancia pura? ¿Cómo sepuede demostrar que no es un elemento?

Podemos llevarla a ebullición anotando cada cierto tiempo la temperatura. Tras iniciarse la ebullición (100 �C), la temperatura perma-nece constante, algo que no ocurriría si no fuera una sustancia pura.

Para demostrar que no es un elemento, sino un compuesto, podemos comprobar que, mediante electrólisis, se descompone en oxíge-no e hidrógeno, que se recogen sobre los electrodos positivo y negativo, respectivamente.

Describe el siguiente proceso.

a) ¿Se cita alguna propiedad característica de las sustan-cias puras?

b) ¿Cuál de las sustancias puede ser un elemento y cuálun compuesto? ¿Por qué?

a) Se cita una propiedad característica, la solubilidad, que nos permite saber que los dos sólidos A y C son distintos y que, por tanto,ha tenido lugar una descomposición.

b) Puesto que el sólido A se descompone por el calor en otros más sencillos, significa que A es un compuesto. Probablemente, el gasB es oxígeno, que aviva, en efecto, las combustiones. No podemos saber si C es un elemento o un compuesto: habría que com-probar que, a su vez, no se descompone por calor o electrólisis.

NOTA: El proceso describe la descomposición térmica del clorato de potasio (A) para dar oxígeno y cloruro de potasio (C), aunque pue-den responderse las cuestiones sin este dato.

Se dispone de un vaso con 600 g de agua del grifo y de otro vaso con una disolución de 100 g de salen 500 g de agua. Se calientan hasta ebullición y se anotan tiempos y temperaturas. Ambos líquidosempiezan a hervir en el minuto 8.

Primer vaso:

Segundo vaso:

a) Representa los datos.

b) ¿Qué gráfica corresponde a la disolución salina? ¿Cuál es su concentración en tanto por ciento en peso?

c) ¿De qué otras maneras se podría saber qué vaso contiene la disolución y cuál el agua?

3.32

3.31

3.30

3.29

t (min) 0 2 4 6 8 10 12 14

T (�C) 19 48 74 93 102,5 103,0 103,5 103,8

t (min) 0 2 4 6 8 10 12 14

T (�C) 16 36 56 76 100,2 100,2 100,2 100,2

a)

b) La primera gráfica es la que corresponde a la disolución salina porque su temperatura de ebullición es más alta y no permanececonstante durante el proceso (ello no se aprecia bien en la gráfica), al contrario que la segunda gráfica, típica de una sustanciapura. La concentración de la disolución es:

% peso � �160000

((gg

))

� � 100 � 16,7 %

c) La forma más sencilla de saberlo (una vez descartada la posibilidad de probarlas), es colocar sendas muestras en dos cápsulas deporcelana y evaporar a sequedad. En una de ellas aparecerá gran cantidad de residuo seco (sal).

La solubilidad del azúcar en agua a 20 �C es de 200 g/100 cm3, y a 100 �C sube hasta 490 g/100 cm3. Si añadimos azúcar en exceso a una taza con 24 cm3 de agua hirviendo:

a) ¿Qué cantidad de azúcar se disuelve?

b) ¿Qué ocurre cuando la disolución se enfría hasta 20 �C?

a) Según los datos, se disuelven 4,9 g en cada cm3. Por tanto, se disuelven 24 (cm3) � 4,9 (g /cm3) � 117,6 g.

b) A 20�C se disuelven solo 2 g/cm3, con lo que en los 24 cm3 se disolverán 48 g de azúcar. Por tanto, cristalizan 117,6 (g) � 48 (g) � 69,6 g.

Observa los gráficos, y describe en detalle los proce-sos que tienen lugar.

a) Se trata de un proceso de cristalización. Las moléculas de líquido se hanevaporado, y el sólido ha adoptado una estructura cristalina y se hadepositado en el fondo del vaso.

b) El sistema final es distinto al inicial, lo que significa que el primeroha sufrido una descomposición. Como el sistema se ha calentado, ladescomposición ha sido térmica. A juzgar por el gráfico, el primer sis-tema es un compuesto constituido por dos elementos y se ha des-compuesto en sus elementos originales.

En un proceso de fabricación realizado en una industria química se obtiene una mezcla de dos sustan-cias gaseosas: propano (C3H8) y clorometano (ClCH3). El clorometano es soluble en agua pero no el pro-pano. Observa el dibujo y explica:

a) ¿Qué procedimiento se ha seguido para separar las dos sustancias?

b) ¿Qué tipo de mezcla forman inicialmente los dos gases?

a) Se ha aprovechado el hecho de que uno de los gases es soluble en agua y el otro no.Por tanto, si se hace burbujear la mezcla en agua, el clorometano se disuelve y el pro-pano se recoge por arriba. Seguidamente, se calienta la disolución de clorometanopara que dicho gas se desprenda.

b) Los gases forman siempre una mezcla homogénea.

3.35

3.34

3.33


P A R A P E N S A R M Á S

Las siguientes tablas de datos presentan la solubilidad en agua de dos sustancias puras: el oxígeno y elnitrato de sodio.

1)

2)

a) Representa gráficamente los datos. ¿Cuál corresponde a cada uno?

b) A partir de la gráfica, indica por aproximación la solubilidad de la sal y del oxígeno a 25 �C.

c) ¿Qué cantidad de nitrato de sodio podemos disolver en 4 litros de agua a 30 �C?

a) El primero es el nitrato de sodio, porque su solubilidad aumenta con la temperatura. El segundo es el oxígeno, porque su solubili-dad disminuye con la temperatura.

b) La solubilidad aproximada del nitrato de sodio a 25 �C es de 91 g / 100 cm3.

La solubilidad aproximada del oxígeno a 25 �C es de 8 mg / L.

c) Si a 30 �C la solubilidad es de 95 g / 100 cm3, en 1 L (1 000 cm3) se disolverán 950 g, y en 4 L, 950 (g) � 4 � 3 800 g.

Busca la curva de solubilidad del nitrato de sodio en la siguiente página de Internet y compárala con laque has obtenido en el ejercicio anterior.

www.e-sm.net/fq3eso05

A continuación, abre el applet y escribe una lista ordenando la solubilidad de todas las sales de sodio queaparecen. ¿En qué lugar se halla la sal común?

Los datos de la tabla del ejercicio anterior permiten confeccionar la primera parte de la curva que aparece en la página web, que lle-ga casi hasta los 100 �C.

En el applet aparecen datos de nueve sales de sodio. La solubilidad de la sal común ocupa el 5.o lugar.

3.37

3.36


Yoduro Bromuro Nitrato Cromato Cloruro Sulfato Sulfuro Fosfato Carbonato de sodio de sodio de sodio de sodio de sodio de sodio de sodio de sodio de sodio

1 840 g / L 1 160 g / L 921 g / L 873 g / L 357 g / L 195 g / L 154 g / L 88 g / L 71 g / L

Solubilidad74 81 88 95 102,5 110

(g soluto/100 cm3)

Temperatura (�C) 0 10 20 30 40 50

Solubilidad14,6 13,1 11,3 9,1 7,6 6

(mg soluto/L)

Temperatura (�C) 0 4 10 20 30 40

Se tiene un ácido acético de densidad 1,16 g/cm3. Con 20 cm3 de este ácido y 80 g de agua se preparauna disolución. El volumen final de la disolución es de 100 cm3.

Calcula su concentración en porcentaje en peso, en porcentaje en volumen y en g/L, así como la densidad dela disolución.

Los 20 cm3 de ácido tienen una masa m � V � d � 20 (cm3) � 1,16 (g / cm3) � 23,2 g.

% peso � �23,2

2(g3),2�

(g8)0 (g)

� � 100 � 22,5 %

Concentración en porcentaje:

% volumen � �12000

((ccmm

3

3))

� � 20 %

Concentración en g / L � �203,,12

((Lg))

� � 232 g / L

Densidad de la disolución: d � �mV

� � �23,2

1(0g0)

(�cm

83)0 (g)

� � 1,03 g / cm3

3.38


Gaspar

Resaltado

T R A B A J O E N E L L A B O R A T O R I O

¿Cuál es la mezcla heterogénea? ¿Qué técnica de separación se usa?

La mezcla heterogénea está formada por sulfato de cobre (II) y arena. Sus componentes se separan por disolución selectiva seguidade filtración.

¿Dónde aparece una mezcla homogénea? ¿Cómo se separan sus componentes y qué sustancia pura re-sulta?

La mezcla homogénea es la del sulfato de cobre (II) en agua. Sus componentes se separan mediante evaporación a sequedad y me-diante evaporación al ambiente. Se obtiene sulfato de cobre (II) cristalizado.

2

1


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