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UNIDAD 2: LA MATERIA

1. Concepto de materia. Física y Química. 2. Estados de agregación de la materia. Cambios de estado. 3. Propiedades de la materia:

3.1. Propiedades comunes de la materia. 3.2. Propiedades características de la materia.

4. Clasificación de la materia. 5. Métodos de separación. 6. Disoluciones. Concentración. 7. Solubilidad. 1. CONCEPTO DE MATERIA. FÍSICA Y QUÍMICA.

Actividad 1: Pon algún ejemplo de materia. ¿En qué te basas?.

Desde siempre, el hombre ha intentado clasificar todo lo que le rodea para entenderlo mejor.

Al mirar a nuestro alrededor vemos que todos los cuerpos tienen en común que poseen masa y ocupan un lugar en el espacio. Así, todas las cosas, tanto seres vivos como cuerpos inanimados están formados por materia, que podemos definir de la siguiente manera:

Materia es todo aquello de lo que está hecho el Universo y tiene una masa y ocupa un lugar en el espacio.

Química es la ciencia que estudia la naturaleza de la materia, su composición y propiedades, así como las transformaciones de unas sustancias en otras.

Física es la ciencia que estudia las transformaciones y los cambios de las sustancias en los que no se altera su composición

Actividad 2: De los siguientes procesos clasifica qué transformaciones son físicas y cuáles son químicas:

a) Se mezcla aceite y agua b) Se rompe un cristal en mil pedazos c) Se quema un trozo de madera d) Se digieren los alimentos e) Se oxida una viga de hierro f) Se quema el gas butano

g) Se evapora el agua de un charco h) Se funde un cubito de hielo i) Se disuelve sal en el agua j) Se deja caer una pelota desde el patio k) Se atraen dos imanes l) Se estira una goma

Actividad 3: En el siguiente texto debes poner entre paréntesis proceso físico o proceso químico:

“ El hierro no protegido, al cabo de un tiempo adquiere un tono rojizo y un aspecto

quebradizo; decimos que le ataca el aire ( ), es decir, se ha oxidado al

combinarse con el oxígeno ( ). Este óxido llamado orín o herrumbre

se rompe al ser golpeado ( ) y puede ser arrastrado por el agua

( ) en la que no se disuelve formando una mezcla.”

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2. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA. CAMBIOS DE ESTADO. La materia se presenta en tres formas distintas llamadas estados de agregación: sólido,

líquido y gas.

Actividad 4: Indica cuál es el estado físico que presentan las siguientes sustancias a temperatura ambiente: a) agua, b) dióxido de carbono, c) alcohol, d) hierro, e) serrín, f) mercurio, g) leche.

Las sustancias tienen unas características propias del estado en que se presentan:

Los sólidos tienen masa, volumen y forma constante (hielo, carbón, hierro). Los líquidos tienen masa y volumen constante, pero forma variable (agua, aceite, gasolina). Los gases tienen masa constante, pero volumen y forma variable (vapor, dióxido de carbono, gas natural).

Actividad 5: ¿Cómo calcularías la masa de gas butano que hay dentro de una bombona?.

Actividad 6: Al poner una determinada cantidad de agua en el congelador, ¿qué crees que ocurre?

a) Al congelarse el agua, aumenta su masa. b) Al congelarse el agua, aumenta su volumen. c) Al congelarse el agua, se produce una sustancia distinta que es el hielo.

� Si modificamos convenientemente la temperatura de los cuerpos, éstos pueden pasar de un estado físico a otro. Si ponemos una masa de hielo en un vaso de precipitados, la calentamos e introducimos un

termómetro que nos permita conocer la temperatura en cada instante, podremos observar que a partir del momento en que el hielo comienza a fundirse, la temperatura no varía, pero comienza a aumentar de nuevo cuando el hielo está totalmente fundido.

Si continuamos con el proceso, calentando ahora el agua en estado líquido,

observaremos que la temperatura aumenta paulatinamente hasta llegar de nuevo, a un cierto valor en el que permanece estacionaria hasta que todo el líquido pase a gas, y a continuación comenzaría a aumentar la temperatura.

Al representar gráficamente estos resultados, obtenemos una gráfica similar a la de la

figura 1, llamada gráfica de calentamiento.

Figura 1

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El proceso se puede realizar a la inversa, de esta forma obtendríamos la gráfica de enfriamiento (figura 2).

Este tipo de gráficas las podemos observar en cualquier cambio de sólido a líquido, de

líquido a gas y a la inversa.

Actividad 7: Observa la gráfica de enfriamiento del etanol (figura 3). a) Explica el significado de cada tramo. b) ¿En qué estado se encuentra el etanol a temperatura ambiente (25 ºC), a 90ºC y a -100ºC?.

Actividad 8: Colocamos en un recipiente con un termómetro cierta cantidad de una sustancia que se encuentra en estado sólido y comenzamos a calentar. La temperatura inicial es de 25ºC y se eleva poco a poco hasta que alcanza el valor de 80ºC. En este momento, la temperatura permanece constante y el sólido comienza a fundirse. Al poco tiempo, la temperatura vuelve a aumentar y, cuando alcanza los 120ºC, se mantiene de nuevo estacionaria mientras el líquido hierve. Dibuja la gráfica de calentamiento de esta sustancia. Describe el proceso de enfriamiento que seguiría esta misma sustancia y traza la gráfica correspondiente. � El paso de sólido a líquido se llama fusión. El proceso inverso a la fusión recibe el nombre de solidificación. En el primer caso hay que calentar la sustancia, mientras que en el proceso inverso hay que enfriarla.

El fenómeno del paso del estado líquido al gaseoso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar a cualquier temperatura, y a través de la superficie libre del líquido exclusivamente, el fenómeno se denomina evaporación.

Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa del líquido y a una temperatura constante

se llama ebullición, y a la temperatura a la que tiene lugar (que depende de la presión) se le llama temperatura o punto de ebullición (p.e.) de la sustancia.

Figura 2

Figura 3

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El proceso inverso a la vaporización se llama condensación o licuación, y en este caso también se produce un enfriamiento de la sustancia.

El término sublimación se utiliza para definir el fenómeno de vaporización de un sólido y la

condensación de un vapor para formar de nuevo un sólido (por ejemplo, la sublimación del hielo seco).

Actividad 9 : Completa el siguiente esquema relativo a los cambios de estado:

3. PROPIEDADES DE LA MATERIA. Las propiedades de la materia pueden ser de dos tipos: comunes o características. 3.1. Propiedades comunes de la materia.

Las propiedades comunes de la materia no sirven para identificarla y son la masa, el peso y el volumen.

La masa de un cuerpo es independiente de su estado físico, de la forma, del lugar en que se

encuentre el cuerpo, etc. La masa se mide con una balanza, instrumento que permite establecer comparaciones con

otras masas que se toman como patrón. La unidad de masa en el SI es el kilogramo (kg). No se debe confundir con el peso:

La masa de un cuerpo es la misma en cualquier lugar del

Universo, sin embargo, no ocurre lo mismo con el peso, depende de la gravedad del astro (Tierra, Luna, etc) en el que se mida.

El peso se mide con los dinamómetros (mal llamados balanzas) que miden fuerzas (pesos) a través de las deformaciones que se producen en un muelle elástico. La unidad en el S.I. es el N.

La masa de un cuerpo es la magnitud que indica la cantidad de materia que contiene.

El peso de un cuerpo es la fuerza con que la Tierra ( u otro astro) lo atrae.

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Todos los cuerpos ocupan un lugar en el espacio que no puede ser ocupado por otro cuerpo.

La unidad de volúmenes en el S.I. es el metro cúbico

(m3), que es el volumen de un cubo de arista 1 m. Los múltiplos y submúltiplos del metro cúbico se

construyen a partir de cubos cuyas aristas sean las unidades de longitud. Por ejemplo, 1 dm3 es el volumen de un cubo de arista 1 dm, y 1 cm3 es el volumen de un cubo de 1 cm de arista.

� El volumen de los cuerpos regulares, tales como cilindros o esferas, se calcula midiendo sus dimensiones y aplicando la expresión matemática correspondiente, mientras que el volumen de los sólidos irregulares se mide por desplazamiento de un líquido en una probeta (figura 4). Actividad 10: Define 1 km3 y 1 dm3. ¿A cuántos m3 equivale 1 km3?. ¿A cuántos dm3 equivale 1 m3?.

� El volumen de los líquidos y de ciertos materiales secos como los cereales y las legumbres se mide utilizando recipientes de medidas fijas que los contengan. El volumen interior de estos recipientes se denomina capacidad, y su unidad es el litro (l), definido como la capacidad de 1 dm3. Existen múltiplos y submúltiplos del litro para facilitar las medidas de capacidad grandes y pequeñas.

3.2. Propiedades características de la materia.

Las propiedades características de la materia son aquellas que permiten identificarla, ya que tienen un valor distinto para cada sustancia pura y no dependen de la cantidad que se tome. Son: la densidad, la temperatura de fusión, la temperatura de ebullición y la solubilidad.

Observa la fotografía (figura 5). Aunque el volumen del

bloque de madera y de la esponja son iguales, la balanza muestra que las masas no son las mismas. La madera tiene más cantidad de materia por unidad de volumen.

En general, si tomamos diversos materiales de igual

volumen, observaremos que no contienen la misma cantidad de materia y, a la inversa, encontramos cuerpos y materiales que poseen la misma masa pero no ocupan el mismo volumen.

Figura 5

Figura 4

Se llama volumen al espacio ocupado por un cuerpo.

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La magnitud física que relaciona la masa y el volumen es la densidad (ρ ), que se define: Se calcula: =ρ m/v , y su unidad en el SI es el kg/m3.

Actividad 11: ¿Qué significa que un cuerpo tenga una densidad de 2 g/cm3?. ¿ y 1.000 Kg/m3?. Actividad 12: a) Para una sustancia en un determinado estado de agregación, ¿varía la densidad con la temperatura. b) Una misma sustancia en estados de agregación distintos, ¿tendrá la misma densidad?. Actividad 13: ¿Cuál es la densidad de un trozo de grafito de 225 g de masa y 100 cm3 de volumen?. Actividad 14: Utilizando el resultado de la actividad anterior, ¿qué masa tendrá un trozo de grafito de 150 cm3 de volumen?. ¿Qué volumen tendrá un trozo de grafito de 150 g de masa?. Actividad 15: Calcula la densidad de un sólido irregular del que se sabe lo siguiente:

Masa (g) 240 120 60 360 Volumen (cm3) 100 50 25 150

Actividad 16: Comparando los valores de la densidad puedes averiguar si algo en particular flotará o no en un determinado líquido. Si un material flota, su densidad debe ser menor (o igual) que la del líquido en que se encuentra sumergido. Así, ¿es el hielo más o menos denso que el agua líquida?. Actividad 17: 200 g de un cuerpo ocupan un volumen de 400 cm3. Calcula su densidad en g/cm3, kg/l, kg/m3 y g/l.

Temperatura o punto de fusión es la temperatura a la que una sustancia cambia de estado sólido a líquido manteniéndose su valor invariable mientras dura el proceso. Esta temperatura cambia con la presión exterior.

Temperatura o punto de ebullición es la temperatura a la que una sustancia cambia de estado líquido a gas, manteniéndose su valor invariable mientras dura el proceso. Esta temperatura cambia con la presión exterior.

Los puntos de fusión y ebullición, al igual que la densidad, son característicos para cada

sustancia pura, sin embargo, cualquier impureza provoca cambios en estos valores. La solubilidad es también una propiedad característica. Nos detendremos en ella más

adelante (Pregunta 7). Actividad 18: ¿Cómo comprobarías si la forma influye o no en la temperatura de fusión de unos bloques de hielo?. ¿Qué resultado crees que se obtendría?.

La densidad de un cuerpo es la masa de la unidad de volumen.

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Actividad 19: A la vista de la siguiente tabla, contesta las preguntas que se formulan:

a) ¿Qué estado físico presentan las siguientes sustancias a temperatura ambiente (25ºC)?. b) A 200ºC,¿qué estado físico presentarían? ¿Por qué?. c) ¿Y a –200ºC?. d) ¿Cómo es la densidad de un gas respecto a la de un sólido o líquido?.

Sustancia p.f.(ºC) p.e.(ºC) Densidad (g/cm3) a 25 ºC Hierro 1539 2740 7,8 Alcohol -115 79 0,79 Agua 0 100 1

Mercurio -39 357 13,6 Oxígeno -219 -183 0.0014 Butano -136 -0,5 0,0026 Cloro -102 -33,7 0,00299

Aluminio 659,8 2270 2,70 Sal común 801 1413 2,16

4. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA. Aparte de poder clasificar la materia en viva y no viva, las diversas clases de materia pueden

agruparse en dos grandes divisiones: sustancias puras y mezclas de sustancias.

MATERIA

SUSTANCIAS PURAS MEZCLAS

SUSTANCIAS SIMPLES COMPUESTOS HOMOGÉNEAS HETEROGÉNEAS

(ELEMENTOS) (DISOLUCIONES)

Una sustancia pura tiene unas propiedades características definidas y no se puede separar en otras más sencillas por los procesos físicos ordinarios.

Un elemento no se puede separar en otras sustancias más sencillas ni siquiera por procesos químicos.

Un compuesto se forma por la combinación de varios elementos en una proporción determinada y se puede separar en ellos por métodos químicos.

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Las mezclas contienen más de una sustancia pura, por ejemplo: el aire que respiramos es una mezcla de varios gases; el café con leche contiene varias sustancias; el vinagre y el vino son mezclas de varios líquidos, etc.

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias puras, es decir, tiene la misma composición y propiedades en todos sus puntos (agua salada, aire,...), y su composición es variable.

Una mezcla heterogénea está formada por dos o más sustancias y la composición y propiedades varían de unos puntos a otros (mezcla de hierro y arena,...)

Actividad 20: Identifica tres materiales homogéneos y tres materiales heterogéneos frecuentes en la vida cotidiana. Actividad 21: ¿Cuáles de las siguientes sustancias son elementos químicos y cuáles compuestos?: agua, oxígeno, oro, sal común, amoníaco, alcohol, nitrógeno, dióxido de carbono. Actividad 22: En ocasiones, resulta muy difícil saber si una determinada porción de materia es una sustancia pura o una disolución. Por ejemplo, cuando disolvemos sal o azúcar en agua, no podemos distinguir ninguno de estos componentes ya que la mezcla resultante es transparente. ¿Cuál es la diferencia conceptual entre un compuesto y una disolución?. 5. MÉTODOS DE SEPARACIÓN.

En la naturaleza normalmente las sustancias se encuentran mezcladas unas con otras, pero

se suelen necesitar puras, para ello se han desarrollado una serie de métodos para separar los componentes de las mezclas, métodos que están fundamentados en procedimientos físicos o químicos aprovechando las diferentes propiedades características de las sustancias.

Para separar mezclas heterogéneas se utilizan la decantación, la filtración y la separación magnética.

Decantación: Mediante esta técnica se separan dos líquidos no miscibles, como el agua y el aceite (figura 6).

Para llevar a cabo esta técnica, se emplea

un embudo de decantación, que es un embudo transparente provisto de una llave de paso en su parte inferior. Al poner la mezcla en el embudo, los líquidos quedan separados por capas, el más denso en la inferior, etc.

Al abrir la llave pasa primero el líquido más denso. El tubo estrecho de goteo permite observar la superficie de separación entre ambos líquidos. Cuando el más denso se ha agotado, se vuelve a cerrar la llave para impedir el paso del otro líquido. Así, aquel (en nuestro ejemplo el agua) queda en un vaso de precipitados que se situará debajo del embudo, mientras que el menos denso (aceite) permanece en el embudo de decantación.

Figura 6

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Filtración: Este procedimiento se utiliza cuando se desea separar un líquido de un sólido insoluble, como por ejemplo, arena y agua. (figura 7).

Se dobla un papel de filtro de forma

circular y se coloca en el embudo de filtración, procurando que los bordes del filtro no queden por debajo de los del embudo, como muestra el dibujo.

La filtración debe efectuarse

lentamente, vertiendo la mezcla sobre el eje de una varilla de vidrio cuya parte inferior toque levemente el papel de filtro. De esta manera, el líquido queda en el erlenmeyer o vaso, como puedes ver en el dibujo, mientras que el sólido se deposita en el filtro.

Separación magnética: Esta

operación sirve para separar sustancias magnéticas (esto es, que son atraídas por un imán) de otras que no lo son. En el dibujo (figura 8) se muestra la separación magnética de una mezcla de caliza y mineral de hierro. Cuando aproximamos a la mezcla el imán, éste atrae las limaduras de hierro, que se separan, así, de la caliza.

Cristalización: Esta técnica consiste en

hacer que cristalice un soluto sólido con objeto de separarlo del disolvente en el que está disuelto. Para ello, hay que partir de la disolución saturada. Existen varias formas de saturar una disolución: una de ellas consiste en enfriarla; otra, en evaporar parte del disolvente a fin de aumentar la concentración del sólido.

También podemos combinar ambos

métodos: se calienta primero la disolución hasta reducir su volumen, se filtra luego con objeto de eliminar las posibles impurezas y se

Figura 7

Figura 8

Figura 9

Para separar mezclas homogéneas o disoluciones se utilizan el calentamiento a sequedad, la cristalización y la destilación, basados en las diferentes temperaturas de los cambios de estado.

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deja reposar, por último, en un cristalizador (vaso de boca ancha en cuyo fondo se coloca hielo) para que se enfríe. Aquí hay que tener en cuenta que un enfriamiento rápido produce cristales pequeños, mientras que uno lento da lugar a cristales de mayor tamaño.

La cristalización es el procedimiento inverso a la disolución. Calentamiento a sequedad: Semejante al anterior, pero en este caso se calienta la

disolución hasta que todo el líquido se evapore, quedando el sólido en el recipiente. Destilación simple: Se emplea para separar líquidos de una disolución en función de sus

diferentes puntos de ebullición. Es el caso, por ejemplo, de una disolución de dos componentes, uno de los cuales es volátil (es decir, pasa fácilmente al estado gaseoso).

Cuando se hace hervir la

disolución contenida en el matraz, el disolvente volátil, que tiene un punto de ebullición menor, se evapora y deja un residuo de soluto no volátil.

Para recoger el disolvente así

evaporado, se le hace pasar por un condensador por el que circula agua fría. Ahí se condensa el vapor, que cae en un vaso o en un erlenmeyer. Como ves, este método permite pasar y recuperar el disolvente de una disolución (figura 10).

Actividad 23: ¿Cómo separarías en sus componentes una mezcla de arena y limaduras de hierro?. Actividad 24: ¿Cómo puedes comprobar de un modo sencillo si el agua del grifo lleva sales disueltas?. Actividad 25: ¿Qué método emplearías para separar las sustancias de las siguientes muestras: a) aceite y agua, b) sal de cocina disuelta en agua, c) disolución acuosa de alcohol, d) cristalitos de yodo y sal, sabiendo que la sal se disuelve en agua y no en alcohol, mientras que el yodo no se disuelve en agua, pero sí en alcohol? ¿En qué propiedad característica te basas en cada caso?.

Actividad 26: ¿Cómo separarías una mezcla formada por sal y arena?.

Figura 10

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6. DISOLUCIONES. CONCENTRACIÓN. En nuestra vida cotidiana preparamos disoluciones, al añadir Cola-Cao

a un vaso de leche, azúcar al café, una aspirina en agua, ...

En una disolución tiene lugar la dispersión o difusión de las partículas de una sustancia llamada soluto entre las partículas de otra sustancia llamada disolvente.

Para diferenciar el soluto del disolvente hay que tener presente que el

disolvente siempre tiene el mismo estado físico que la disolución y si las dos sustancias tienen el mismo estado que la disolución, se toma como disolvente la que está en mayor cantidad, a excepción de las llamadas disoluciones acuosas, es decir, aquéllas en las que interviene el agua, que se suele tomar siempre como disolvente, aunque esté en menor cantidad.

Actividad 27: ¿Cuál es el soluto y cuál es el disolvente en las disoluciones formadas por: a) agua y azúcar, b) aire, c) bronce (aleación de cobre (80%) y estaño (20%)), d) alcohol de 96º (96% en volumen de alcohol)?.

La concentración de una disolución indica la proporción en la que se encuentran el soluto y el disolvente; se puede expresar de varias formas y en este curso utilizaremos g/l, % en masa y % en volumen.

g/l indica los gramos de soluto que hay disueltos en 1 litro de disolución.

Ejemplo: Si una disolución tiene una concentración de 20 g/l significa que hay 20 gramos de soluto por cada litro de disolución.

Se calcula: disolución)l(v

soluto)g(masa

l

g=

% en masa indica los gramos de soluto que hay disueltos en 100 g de disolución Ejemplo: Si una disolución tiene una concentración de 20 % en masa significa que hay 20 gramos de soluto por cada 100 gramos de disolución.

Se calcula: 100xdisolución)g(masa

soluto)g(masamasaen% =

% en volumen: indica los volúmenes (litros o cm3) de soluto que hay disueltos en 100 volúmenes (litros o cm3 ) de disolución.

Ejemplo: Si una disolución tiene una concentración de 20 % en volumen significa que hay 20 litros o cm3 de soluto por cada 100 litros o cm3 de disolución.

Se calcula: 100xdisoluciónvolumen

solutovolumenvolumenen% =

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Actividad 28: Preparamos una disolución que contiene 2 g de cloruro de sodio y 3 g de cloruro de potasio en 100 g de agua destilada. Halla el tanto por ciento en masa de cada soluto en la disolución obtenida.

Actividad 29: Sabemos que el tanto por ciento en masa de yoduro de potasio en una disolución es del 2%. ¿Qué cantidad de yoduro de potasio se encuentra disuelta en 25 g de disolución?.

Actividad 30: Una disolución de alcohol en agua contiene 96 cm3 de alcohol por cada 100 cm3 de disolución. ¿Cuál será el % en volumen de alcohol?.

Actividad 31: Una disolución acuosa contiene 12 g de azúcar en 200 ml de disolución. La densidad de esta disolución es 1,022 g/cm3. Calcula el % en masa y la concentración en g/l.

Actividad 32: Ordena de mayor a menor la concentración de las siguientes disoluciones: a) 8 g/100 cm3, b) 14,5 g/l, c) 0,12 g/cm3. Actividad 33: ¿Qué masa de disolvente necesitamos mezclar con 50 g de soluto para obtener una disolución del 10% en masa?.

7. SOLUBILIDAD

Habrás comprobado que hay muchas sustancias que no pueden disolverse en otras (agua y

aceite, arena y limaduras de hierro,...) son las llamadas mezclas heterogéneas. Cuando se habla de formación de verdaderas disoluciones nos planteamos si existe un límite, es decir, si podemos mezclar íntimamente los componentes en una proporción cualquiera.

Si a una temperatura concreta se forma una disolución, y se va añadiendo soluto, llega un

momento en que no se puede disolver más, estamos en el límite.

Se llama solubilidad a la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una determinada cantidad de disolvente. Se puede expresar de distintas formas: g sto/100 g dte, g sto/100 ml dte, g sto/100 ml don. Su valor varía con la temperatura.

Actividad 34: ¿Qué significa que la solubilidad del cloruro de sodio en agua sea de 35,7 g/ 100 g de agua? ¿Qué ocurrirá cuando se añaden 50 g de sal a 100 g de agua?.

Las disoluciones se pueden clasificar, según la cantidad de soluto que contienen, en: -Disoluciones diluidas: tienen disuelto muy poco soluto, es decir, la concentración es

mucho menor que la solubilidad. -Disoluciones concentradas: tienen disuelto mucho soluto, es decir, la concentración está

próxima a la solubilidad. -Disoluciones saturadas: contienen la máxima cantidad de soluto que se puede disolver, es

decir, la concentración ha alcanzado el valor de la solubilidad. -Disoluciones sobresaturadas: contienen más soluto disuelto que el disolvente puede

admitir.

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Actividad 35: ¿Cómo se puede aumentar la concentración de una disolución de azúcar en agua previamente preparada? ¿Y cómo se puede diluir?.

Actividad 36: Fíjate en las curvas de solubilidad de la figura 11. ¿Qué sustancia ve menos afectada su solubilidad con la temperatura?. ¿Y la que más?. Determina las solubilidades del cloruro de sodio y del nitrato de potasio a 10 ºC y a 50 ºC.

Actividad 37: Observa la curva de solubilidad del nitrato de potasio y contesta a las siguientes preguntas:

a) ¿Cuál es el valor de la solubilidad del nitrato de potasio a 25º C y a 45ºC? b) ¿Qué masa de cristales se formará si una disolución saturada en 100 g de agua se enfría

de 45ºC a 25ºC?¿Y de 50ºC a 20ºC? c) ¿Qué masa de nitrato de potasio se disolverá en 1 kg de agua a 50ºC? d) ¿Qué masa de agua se necesita para disolver 100 g de nitrato de potasio a 45ºC? e) ¿A qué temperatura tiene el nitrato de potasio una solubilidad de 20 g por 100 g de agua?

� La solubilidad de una sustancia en otra es una propiedad característica y depende de la temperatura, generalmente aumenta conforme aumenta la temperatura. Sin embargo, en las disoluciones de gases en líquidos la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. Actividad 38: Dibuja de forma aproximada una gráfica que represente la solubilidad de un gas frente a la temperatura.

Actividad 39: Si abres una botella de refresco o de una bebida carbónica cuando está muy fría se observa que salen pocas burbujas, sin embargo, si se abre cuando está a la temperatura ambiente, salen bastantes burbujas. Explica por qué.

Actividad 40: En un río vivían bastantes peces. Cerca del río se instaló una central de producción de energía eléctrica que utilizaba el agua del río como refrigerante, de manera que aumentó la temperatura media del agua del río. Se observó que los peces morían. Intenta buscar una explicación a este hecho.

Figura 11

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ACTIVIDADES FINALES

1.- La densidad del aire es 1,3 kg/m3. ¿Qué masa de aire cabe en una habitación de dimensiones 4m x 3m x 2,5 m?. 2.- Un recipiente cúbico hueco tiene 0,8 cm de arista. ¿Cabe 1 ml de agua dentro de él?. 3.- Al triturar una piedra, ¿cambia su masa?. ¿Y su volumen?. ¿Y su densidad? 4.- ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son ciertas?. Razonar las respuestas.

a) La materia en cualquier estado tiene masa. b) La materia en cualquier estado tiene volumen fijo. c) La materia en cualquier estado tiene forma propia. d) La materia en cualquier estado ocupa un lugar en el espacio.

5.- Calentando en un tubo de ensayo cristales de yodo se observa en su boca unos vapores de color característico. Indicar qué ha sucedido. 6.- Explicar esta frase: “Para que una sustancia sea identificada como glicerina, es una condición necesaria, pero no suficiente, que funda a 17ºC”. 7.- Indicar cuál de las siguientes afirmaciones es correcta:

a) Solidificación es el paso de sólido a gas. b) Fusión es el paso de gas a sólido. c) Sublimación es el paso de líquido a gas. d) Condensación es el paso de gas a líquido.

8.- ¿Qué volumen en dm3 corresponde a 1 kg de oxígeno, 1 tonelada de platino, 1 saco de 50 kg de sal?. Datos: densidad del oxígeno = 0,0013 g/cm3; densidad del platino = 21,4 g/cm3; densidad de la sal = 2,16 g/cm3. 9.- Completar la siguiente tabla:

Masa (g) Volumen (dm3) Densidad (g/cm3) Sustancia

3400 5 1,5 1,03

237 7,9 Datos: densidad de la gasolina=0,68 g/cm3; densidad de la leche=1,03 g/cm3; densidad del

hierro = 7,9 g/cm3

10.- Una botella vacía tiene una masa de 800 g, llena de agua, de 960 g y llena de queroseno, de 931 g. Calcula la capacidad de la botella y la densidad del queroseno. Dato: d del agua = 1 g/cm3 11.- Clasificar los siguientes sistemas en homogéneos y heterogéneos explicando el por qué: vino, agua de mar, agua turbia, azúcar.

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12-. Se quieren preparar 250 g de disolución acuosa de cloruro de potasio al 5%. ¿Qué cantidades de soluto y disolvente se deben tomar? 13.- Se tiene una disolución de ácido sulfúrico del 45% en masa cuya densidad vale 1,35 g/ml. Expresar la concentración en g/l. 14.- Se han disuelto 500 g de una sal y completado con agua hasta 4 litros de disolución. Hallar la concentración en g/l. 15.- Calcular el tanto por ciento en masa 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. Dato: d del agua = 1 g/cm3

16.- Se quieren preparar 400 cm3 de disolución de cloruro de potasio de concentración 12 g/l. a) ¿Qué cantidad de cloruro de potasio hay que pesar? b) ¿Qué procedimiento debe seguirse?

17.- Señalar la opción correcta: a) La solubilidad de los gases aumenta con la temperatura. b) Los componentes de una disolución pueden prepararse en proporciones variables. c) La disolución concentrada es la que no admite más soluto disuelto. d) El soluto tiene distinto estado de agregación que la disolución.

18.- Dibujar y explicar procedimientos que puedan emplearse para separar en sustancias puras los sistemas materiales siguientes:

a) Agua + aceite. b) Arena + sal común. c) Agua + arena + sal común + acetona (la sal no es soluble en acetona).

19.- La solubilidad del azúcar en agua a 20ºC es de 200 g/100 cm3 y a 100ºC sube hasta 490 g/100 cm3. Si se añade azúcar en exceso a una taza con 24 cm3 de agua hirviendo, ¿qué cantidad de azúcar se disuelve? ¿Qué ocurre cuando la disolución se enfría hasta 20ºC?

20.- A partir de la gráfica, calcula:

a) La solubilidad del clorato de

potasio a 80ºC. b) ¿Qué ocurre con esa disolución

saturada si la enfriamos desde 80ºC hasta 40ºC?

c) ¿Qué cantidad de clorato se necesita para preparar una disolución saturada a 80ºC en 500 cm3 de agua?

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21.- Relaciona mediante flechas los elementos de la derecha con los de la izquierda:

Propiedades características

Técnicas de separación

Tamaño de partícula Decantación Densidad Disolución, cristalización Temperatura de ebullición Filtración Solubilidad Cromatografía Velocidad de difusión Evaporación, destilación

22.- Explicar 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

sustancia diferentes, azufre y hierro.

23.- Representa gráficamente la curva de solubilidad de las siguientes sustancias:

Tabla de Solubilidad (gramos de soluto/100 cm3 de agua)

0ºC 20ºC 40ºC 60ºC 80ºC Cloruro de potasio 28 34 40 45 51 Sulfato de cobre (II) 14 21 29 40 55 Nitrato de potasio 13 32 64 110 169

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TEMAS DE PROFUNDIZACIÓN

1.- EL MODELO CINÉTICO En 1857, el físico alemán R. Clausius desarrolló un modelo que pretendía explicar la

naturaleza de la materia y reproducir su comportamiento. Se conoce como teoría cinético-molecular, o simplemente, teoría cinética, y fue desarrollada inicialmente para los gases. Puede resumirse en las siguientes premisas:

* Todos los gases están formados por un gran número de partículas, tan pequeñas que no se

pueden ver con el microscopio. Su tamaño es muy pequeño comparado con las distancias entre ellas.

* Estas partículas están en continuo movimiento caótico: chocan entre sí y contra las paredes

del recipiente que contiene el gas. En estos choques no hay pérdida de energía. * El movimiento queda determinado por dos tipos de fuerzas: unas atractivas o de cohesión,

que tienden a mantener unidas las partículas; otras repulsivas o de dispersión, que tienden alejarlas.

* Entre partícula y partícula no hay nada, sólo espacio vacío. El modelo es aplicable a líquidos y sólidos con una simple adaptación a las características de

cada estado.

a) Sólidos:

- Las partículas están en contacto, aunque hay huecos entre ellas. - Existen fuerzas atractivas que mantienen las partículas situadas en posiciones fijas, aunque

vibran en torno a esas posiciones. b) Líquidos:

- Las partículas se mantienen a distancias similares que en los sólidos. - Las partículas se mantienen unidas por fuerzas atractivas más débiles que en los sólidos. Esto

permite el deslizamiento de unas partículas sobre otras y que se adapten al recipiente que las contiene.

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c) Gases:

- Las partículas se mantienen muy alejadas unas de otras. - Las fuerzas de atracción son muy débiles y las partículas están muy separadas; se mueven en

todas las direcciones y chocan con las paredes del recipiente.

2. LA TEMPERATURA, LA PRESIÓN Y LOS CAMBIOS DE ESTADO: INTERPRETACIÓN CINÉTICA.

Teoría cinética y temperatura

Las partículas de un gas encerrado en un recipiente se desplazan con una determinada

velocidad media. Si se comunica energía al gas, sus partículas se moverán más deprisa, aumentando su velocidad media y, por tanto, su energía cinética media. Como consecuencia de ello, aumentará su temperatura.

Teoría cinética y presión

La presión es el resultado de ejercer una fuerza sobre una superficie. La presión que ejerce un gas es consecuencia de los choques de sus partículas contra las

paredes del recipiente que lo contiene.

Los cambios de estado según la teoría cinética

La relación entre temperatura y energía cinética media en los gases se puede extender también a sólidos y líquidos.

a) Efecto de la temperatura. Cuando aumenta la temperatura, aumenta la energía de vibración

de las partículas del sólido y la estructura pierde fortaleza y rigidez. Al aumentar la temperatura y la energía de las partículas de los líquidos, éstas pueden alejarse con más facilidad de sus vecinas.

Al calentar un sólido, aumenta la vibración de sus partículas hasta llegar a vencer las fuerzas

de cohesión. La red cristalina se desmorona y pasa a estado líquido. Al calentar el líquido, aumenta el número de partículas con energía suficiente para

abandonar su superficie libre, pasando a estado gaseoso.

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b) Efecto de la presión. En general, el aumento de la presión sobre un sistema material favorece el acercamiento entre sus partículas, independientemente de su estado de agregación. Este acercamiento produce un aumento de las fuerzas de cohesión y una tendencia a los cambios de estado regresivos. Si disminuye la presión, se favorecen los cambios de estado progresivos.

Así, a mayor presión, mayor facilidad de licuación, solidificación y sublimación regresiva y

a menor presión, mayor facilidad de fusión, vaporización y sublimación.

3.- LA TEORÍA CINÉTICO-MOLECULAR APLICADA A LAS DISOLUCIONES

Cuando se forma una disolución se producen diversos reajustes entre las partículas de los componentes. Por ejemplo, en la disolución de sólidos en líquidos se produce un desmoronamiento de la estructura rígida del sólido debido a que sus partículas son atraídas por las del líquido. Las partículas arrancadas al sólido son acomodadas en los huecos existentes entre las partículas del líquido.

El proceso es similar para las disoluciones de gases en líquidos y líquidos en líquidos,

sólo que en estos tipos de disoluciones no hay que romper ninguna red sólida. Debido al reajuste de espacios entre partículas, el volumen final de la disolución no tiene por

qué coincidir con la suma de volúmenes de soluto y disolvente. Se consideran disoluciones verdaderas aquellas en las que el tamaño de las partículas de

soluto es menor de 10-9 m. Este tamaño es tan pequeño que pueden atravesar los poros de cualquier filtro.

ACTIVIDADES DE PROFUNDIZACIÓN

1.- Interpretar desde la teoría cinética el hecho de que los líquidos y sólidos sean difícilmente compresibles. 2.- Explicar, mediante la teoría cinética, la ausencia de forma propia de los líquidos. 3.- Una mezcla de 22 ml de etanol y 22 ml de agua da un volumen final de 42,6 ml. Justificar este hecho.

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a

a

a

r r

r v

v

az

az

az

g

r a

az

g

AZUL

ROJO AMARILLO

GRIS

LEYENDA CROMATOGRAMA

SEPARACIÓN Y ANÁLISIS DE LOS COMPONENTES DE UNA DISOLUCIÓN

Cromatografía: La cromatografía es un método que permite separar los solutos de una disolución. Esta técnica tiene diversas variantes; aquí vamos a describir la que se conoce como cromatografía de papel:

1. Se sitúa una gota de la mezcla que se quiere separar cerca del extremo inferior de una tira de

papel de filtro seco, que va a actuar de sólido adsorbente. 2. Se deja secar la tira.

3. Se coloca luego la tira verticalmente en un

recipiente que contiene una pequeña cantidad de disolvente.

4. Se sumerge el extremo inferior de la tira en el

disolvente, que asciende por el papel por capilaridad.

5. Cuando el disolvente pasa a través de la gota

seca de la mezcla, arrastra consigo los componentes de la misma, que se deslizarán sobre la tira, si bien a distintas velocidades, y se separarán en función de la solubilidad de cada uno en el disolvente.

6. Al final, se retira el papel y se deja secar

En el cromatograma así obtenido, los componentes de la disolución aparecen separados

unos de otros formando una línea a lo largo de la tira. Para identificarlos, se compara la posición que ocupan en esta tira con la que tienen en otras utilizadas con mezclas de sustancias previamente conocidas.

Actividad. Sabemos que, de cuatro sustancias solubles en acetona (A, B, C y D), algunas forman parte de la mezcla X, pero no cuáles exactamente. ¿Podrías determinarlas a la vista del cromatograma?.

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Efectos de algunas sustancias químicas en la atmósfera La producción de nuevas sustancias químicas nos ha reportado grandes ventajas, pero

también inconvenientes. Por ejemplo, los insecticidas nos libran de las plagas, pero pueden contaminar las aguas y los suelos.

Sin embargo, la parte de la Tierra que está sufriendo una mayor agresión ambiental es la

atmósfera. Al quemar combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural arrojamos a la atmósfera más dióxido de carbono del que las plantas pueden reciclar, además de otras sustancias químicas.

Los principales problemas ambientales actuales son el aumento del efecto invernadero, el

deterioro de la capa de ozono y la lluvia ácida.

a) EL EFECTO INVERNADERO La mayor parte de la energía radiante que nos llega del Sol atraviesa la atmósfera y calienta

la superficie terrestre. La Tierra, a su vez, refleja una parte de esta energía hacia la atmósfera y se establece un equilibrio energético.

Algunos gases atmosféricos, fundamentalmente

el dióxido de carbono, absorben parte de la energía reflejada por la superficie de la Tierra, lo que contribuye al calentamiento de la atmósfera.

El hecho es similar a lo que ocurre en un

invernadero, en el que se utiliza un cristal para retener el calor en lugar de gases. Este fenómeno hace posible la vida de los seres vivos en este planeta

Además del dióxido de carbono, el resto de los componentes naturales de la atmósfera, el metano (CH4), los óxidos de nitrógeno (NOx), el vapor de agua ( H2O) y el ozono de la superficie (O3), también absorben energía.

El equilibrio térmico de la atmósfera está siendo afectado por varios factores:

- El aumento del CO2. A lo largo del siglo XX, su concentración ha aumentado debido al uso de los combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas.

- La industria está liberando a la atmósfera otros gases como los CFCs (clorofluorocarbonos) utilizados en los aerosoles, espumas sintéticas y aires acondicionados, que también absorben energía.

- La destrucción de las selvas también contribuye a la mayor presencia de CO2 en la

atmósfera, ya que los árboles absorben dióxido de carbono de forma natural, para realizar la fotosíntesis.

CIENCIA Y SOCIEDAD

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Algunos científicos creen que se está produciendo un aumento de la temperatura media del planeta. Esto producirá cambios en el clima con importantes consecuencias, probablemente negativas, como la desaparición de los hielos polares, con la consiguiente subida del nivel del mar y un aumento de las zonas desérticas. b) EFECTO SOBRE LA CAPA DE OZONO

El ozono (O3) existente en zonas próximas a la superficie (ozono troposférico) es un gas

contaminante que irrita las mucosas, genera densas nieblas y destruye moléculas importantes para muchos procesos biológicos.

Sin embargo, en la estratosfera, entre los 20 y 30 km de altura; existe una capa de ozono

que resulta de enorme importancia para la vida del planeta, ya que evita que una parte importante de la nociva radiación ultravioleta que proviene del Sol llegue a la superficie terrestre.

El ozono se forma por la acción de los rayos ultravioleta del Sol sobre el oxígeno. A su vez,

este tipo de radiación descompone el ozono en oxígeno, de manera que se alcanza un equilibrio gracias al cual la cantidad de ozono se mantiene constante.

Desde los últimos años del siglo XX se viene observando una disminución de la

concentración de ozono en la estratosfera, fundamentalmente en el Polo Sur. A este fenómeno se le ha dado el nombre de “agujero de ozono” y también se ha observado, aunque en menor proporción en el Polo Norte.

La causa de este deterioro en la capa de ozono parece estar en compuestos químicos que

utilizamos, fundamentalmente los clorofluorocarbonos (CFCs). Estos compuestos se mantienen activos durante mucho tiempo (unos cien años), de manera

que van elevándose lentamente por la atmósfera y al llegar a la altura de la capa de ozono liberan cloro, que descompone el ozono en oxígeno.

c) LA LLUVIA ÁCIDA

Como en la atmósfera existe dióxido de carbono, el agua de la lluvia disuelve pequeñas cantidades de este compuesto, formándose un ácido muy débil llamado ácido carbónico, que le da a la lluvia un leve carácter ácido.

Sin embargo, en zonas contaminadas, el agua de

lluvia puede ser tan ácida como el limón o el vinagre. Este hecho está causado por la presencia en dichas atmósferas de gases como los óxidos de azufre (SO2, SO3), el sulfuro de hidrógeno (H2S) y los óxidos de nitrógeno (NOx), que al disolverse en agua producen ácidos fuertes como el sulfúrico y el nítrico.

Este fenómeno produce efectos muy perjudiciales en edificios y monumentos, pero sobre

todo afecta gravemente a la fauna y flora de los ríos, lagos y mares. Así mismo, destruye bosques y deja estériles las tierras de cultivo.

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Nombre: Grupo: Mesa:

Práctica nº 3:

DETERMINACIÓN DE LA MASA, VOLUMEN Y DENSIDAD DE UN LÍQUIDO El volumen de los líquidos, se puede medir directamente con los diversos recipientes que

existen para ello: probeta, bureta, pipetas, matraz aforado, etc.

1. Dibuja los distintos recipientes que existen para medir volúmenes de líquidos.

2. Mide con una probeta, con un matraz aforado y con una pipeta 10 cm3 de agua. Para evitar cometer error (error de paralaje) debe leerse el volumen situando los ojos al mismo nivel alcanzado por el líquido.

3. ¿Cuál de los recipientes es más preciso?. ¿Con cuál medirías 5 cm3 de agua?.

La masa de los líquidos, por no tener forma propia, no se puede determinar directamente, sino

que hay que determinarla por diferencia de pesadas. Para lo cual, se toma un recipiente (matraz, probeta, etc.) y se mide su masa con la balanza. A continuación se vierte en el mismo el líquido cuya masa queremos medir y se vuelve a pesar el conjunto (recipiente + líquido). La diferencia de ambas pesadas nos dará la masa del líquido.

Vamos ahora a determinar la masa de una cierta cantidad de agua

4. Toma el matraz erlenmeyer y determina su masa. m erlenmeyer vacío ( m1) =

5. Echa agua en un vaso de precipitados. Utilizando la pipeta, extrae 10 ml de agua y viértelos en el

matraz erlenmeyer. Vuelve a pesar el matraz erlenmeyer con el agua.

m erlenmeyer con agua ( m2) =

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6. Determina por diferencia de pesadas la masa de agua. m agua = m2 – m1 = La densidad de los líquidos, al igual que la de los sólidos, se calcula aplicando la fórmula:

V

md = , o bien directamente con unos aparatos llamados densímetros.

7. Calcula la densidad del agua tomando los datos del apartado anterior, y compara su valor con el determinado con el densímetro.

==V

maguad d agua (densímetro) =

CUESTIONES:

1. Expresa en g/cm3 y en kg/m3 la densidad del agua. ¿Qué significado tienen dichos valores?.

2. Si hubiéramos tomado 20 ml de agua, ¿se obtendría el mismo valor para la densidad?. ¿Cuál será

la masa de 300 cm3 de agua?.

3. ¿Cuál es el volumen ocupado por 200 g de agua?.

4. Diseña un procedimiento que te permita determinar el volumen de una gota de agua.

5. ¿Tienen masa los gases?. Idea un experimento con ayuda de un globo para comprobarlo.

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Nombre: Grupo: Mesa:

Práctica nº 4: DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN, MASA Y DENSIDAD DE UN SÓLIDO

Material necesario: - Prisma. - Regla. - Probeta. - Balanza.

I) CÁLCULO DEL VOLUMEN DE UN SÓLIDO. El volumen de los sólidos no se puede medir directamente. En el caso de cuerpos regulares

(cilindros, prismas, esferas, etc.) se puede calcular midiendo sus dimensiones y aplicando la expresión matemática correspondiente. Sin embargo, el volumen de los sólidos irregulares, cuyo cálculo mediante la aplicación de fórmulas geométricas sería excesivamente complicado, se puede medir por el método de inmersión, que también se puede aplicar a los sólidos regulares.

La medida de volúmenes por el “método de inmersión” se fundamenta en el hecho de que al sumergir un sólido en un líquido el aumento de volumen experimentado por éste es igual al volumen ocupado por el sólido. Consiste en poner agua en una probeta graduada hasta aproximadamente la mitad y, a continuación, sumergir en ella el cuerpo cuyo volumen queremos determinar. La diferencia entre el nivel del líquido antes y después de la inmersión del objeto será el volumen buscado.

a) Mide el volumen de un prisma mediante el método de inmersión.

1.- Añade agua en una probeta graduada y anota el nivel del agua en la probeta. 2.- Sumerge el prisma totalmente dentro del agua de la probeta y anota el nivel del agua después de sumergir el prisma. 3.- Expresa en cm3 el volumen hallado. 4.- Completa la siguiente tabla:

Volumen de un prisma mediante el método de inmersión Nivel del agua en la probeta antes de sumergir el prisma Nivel del agua en la probeta después de sumergir el prisma Diferencia entre el nivel del líquido después y antes de la inmersión Volumen del prisma

b) Calcula el volumen de un prisma matemáticamente.

1.- Mide los tres lados del prisma utilizando una regla. 2.- Calcula el volumen del prisma utilizando su fórmula matemática: volumen = base x altura 3.- Expresa en cm3 el volumen que has calculado. 4.- Completa la siguiente tabla:

Volumen de un prisma matemáticamente Longitud del lado a de la base Longitud del lado b de la base Altura Area de la base Volumen del prisma = base x altura

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II) CÁLCULO DE LA MASA DE UN SÓLIDO. La masa de los sólidos, por tener éstos forma propia, se puede determinar directamente con la

balanza. Para lo cual, una vez que la balanza está equilibrada y calibrada a cero, se pone el sólido en el platillo y aparece en la pantalla el resultado de la pesada.

c) Determina la masa del prisma utilizando la balanza electrónica.

masa del prisma

III) CÁLCULO DE LA DENSIDAD DE UN SÓLIDO.

La densidad es una propiedad característica de la materia que permite identificar sustancias

puras. Se calcula aplicando la fórmula, d = m / v.

d) Calcula la densidad del prisma aplicando su fórmula.

densidad = masa / volumen

CUESTIONES

1.- ¿Se obtiene el mismo valor para el volumen del prisma utilizando la fórmula matemática y por el método de inmersión?. ¿A qué crees que se deben esas diferencias?. 2.- Consultando los datos de la tabla de densidades (g/cm3). ¿De qué material puede estar hecho este prisma?

Hierro 7,80 Osmio 22,60 Plomo 11,30 Cobre 8,90 Estaño 7,30 Aluminio 2,70 Oro 19,30 Sodio 0,70

3.- Expresa en kg/m3 la densidad de dicha sustancia. ¿Qué significado tiene dicho valor?. 4.- Si tuviéramos un trozo de forma irregular de la misma sustancia del prisma que has empleado, de 200 g de masa. ¿Se obtendría el mismo valor para la densidad?. ¿Qué volumen ocuparía?. 5.- ¿Qué masa tendría un prisma de ese material cuyo volumen fuera 60 cm3?.

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Nombre: Grupo: Mesa:

Práctica nº 5: ESTUDIO DE LA DENSIDAD

1.- a) Determina la masa y el volumen del prisma pequeño utilizando la balanza electrónica. Masa prisma pequeño = Volumen prisma pequeño = b) Calcula la relación masa / volumen para el prisma pequeño. A esta relación se le denomina

densidad. Expresa su resultado en g/cm3. d prisma pequeño = m / v =

2.- a) Determina la masa y el volumen de tres prismas pequeños utilizando la balanza electrónica. Masa tres prismas pequeños = Volumen tres prismas pequeños = b) Calcula la densidad de los tres prismas pequeños. Expresa su resultado en g/cm3 d tres prismas pequeños = m / v =

3.- a) Determina la masa y el volumen del prisma grande utilizando la balanza electrónica. Masa prisma grande = Volumen prisma grande =

b) Calcula la densidad de¡ prisma grande. Expresa su resultado en g/cm3. d prisma grande = m / v =

4.- Compara todos los valores obtenidos de la densidad de cada una de las piezas anteriores, en los apartados anteriores.

a) ¿Tiene el mismo valor en todos los casos?. b) ¿Se puede utilizar la densidad para identificar el material de qué está hecho un cuerpo?.

¿Por qué?.

5.- a) Utilizando la ecuación matemática de la densidad (d = m / v) y el valor de la densidad que has calculado experimentalmente para las piezas anteriores, calcula la masa que tendría una pieza de 170 cm3 del mismo material. Haz los cálculos a continuación:

b) Comprueba que el valor que has hallado teóricamente (utilizando la fórmula matemática)

coincide con el hallado experimentalmente, para ello construye y dibuja una pieza de 170 cm3 con las piezas necesarias, y calcula su masa utilizando la balanza electrónica.

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ESTUDIO DE LA DENSIDAD A) SÓLIDOS DE IGUAL VOLUMEN

Halla la masa de los cilindros con la balanza, calcula su volumen matemáticamente ( V =π . R2. h ) y completa la tabla:

Masa (g)

R (cm)

h (cm)

Volumen (cm3)

Densidad (g/cm3)

Sustancia

Sólido 1

Sólido 2

Sólido 3

Sólido 4

B) SÓLIDOS DE DIFERENTE VOLUMEN

Halla la masa de los cilindros con la balanza, calcula su volumen matemáticamente ( V =π . R2. h ) y completa la tabla:

Masa (g)

R (cm)

h (cm)

Volumen (cm3)

Densidad (g/cm3)

Sustancia

Sólido 1

Sólido 2

Sólido 3

Sólido 4

CUESTIONES 1.- Si dos cuerpos tienen el mismo volumen, ¿tienen la misma masa?. 2.- ¿Pueden tener dos cuerpos diferente volumen y la misma masa?. 3.- Sirve la masa o el volumen para identificar el material del que está hecho un cuerpo?. ¿Y la densidad?. ¿Por qué?.

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Práctica nº 6:

SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA DE HIERRO, SULFATO DE COBRE (II), ARENA Y YODO.

Material necesario: - Arena - Mechero - Hierro

- Vidrio de reloj - Sulfato de cobre (II) - Varilla de agitación

- Yodo - Papel de filtro - Vaso de precipitado

- Embudo - Imán - Plástico

Procedimiento:

1º) Cubre el imán con plástico y pásalo sobre la mezcla. Escribe lo que observas.

¿Qué componente de la mezcla has separado?

¿Qué técnica de separación has empleado?

2º) Calienta suavemente la mezcla restante en un vaso de precipitado, colocando un vidrio de reloj con agua encima de éste. Escribe lo que observas:

¿Qué componente de la mezcla has separado?

¿Qué técnica de separación has empleado?

¿Para qué se coloca el vidrio de reloj con agua encima del vaso de precipitado?

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3º) Añade agua caliente a la mezcla y agítala. Escribe lo que observas:

4º) Filtra la disolución resultante. Escribe lo que observas:

¿Qué componente de la mezcla has separado?

¿Qué técnica de separación has empleado?

¿Qué componente de la mezcla queda en la disolución?

5º) Calienta suavemente la disolución al máximo posible (hasta que empiece la turbidez), y déjala enfriar lentamente: Escribe lo que observas:

¿Cómo se denomina el proceso que acabas de realizar?

¿Para qué se emplea dicho proceso?

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Práctica nº 7

A) PREPARACIÓN DE 250 cm3 DE UNA DISOLUCIÓN DE CLORURO DE SODIO DE CONCENTRACIÓN 4 gramos/litro.

Material necesario:

- Matraz aforado de 250 cm3. - Vaso de precipitado. - Varilla. - Embudo.

- Balanza. - Cloruro de sodio (NaCl). - Agua destilada.

Modo de preparación:

La concentración de una disolución expresada en gramos/litro, se define como la cantidad

de soluto (expresada en gramos) que hay en un litro de disolución.

1.- Calcula la masa en gramos de cloruro de sodio necesaria para preparar 250 cm3 de una disolución de cloruro de sodio de concentración 4 gramos/litro. 2.- Pesa, utilizando la balanza, en un vaso de precipitado la masa en gramos de cloruro de sodio que has calculado en el apartado anterior. 3.- Añade agua destilada al vaso de precipitado y agita hasta que se disuelva el cloruro de sodio. 4.- Añade la disolución al matraz aforado, utilizando un embudo. 5.- Añade agua destilada al matraz hasta completar el volumen pedido de disolución. CUESTIONES: 1.- ¿Qué volumen de esta disolución de cloruro de sodio contiene 0,3 gramos de cloruro de sodio?.

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2.- Expresa la concentración de esta disolución en tanto por ciento en masa, sabiendo que la densidad de la disolución = 1,05 g / ml. B) PREPARACIÓN DE 100 cm3 DE UNA DISOLUCIÓN DE ETANOL DE CONCENTRACIÓN 10% EN VOLUMEN. Material necesario:

- Matraz aforado de 100 cm3. - Pipeta graduada.

- Etanol. - Agua destilada.

Modo de preparación:

La concentración de una disolución expresada en % en volumen, se define como el número de

unidades de volumen de soluto disuelto en 100 unidades de volumen de disolución.

1.- Calcula el volumen de etanol necesario para preparar 100 cm3 de una disolución de etanol de concentración 10% en volumen. 2.- Mide con una pipeta graduada el volumen de etanol que has calculado en el apartado anterior y añádelo directamente al matraz aforado. 3.- Añade agua destilada al matraz hasta completar el volumen pedido de disolución. CUESTIONES: 1.- ¿Qué volumen de esta disolución de etanol contiene 0,6 ml de etanol?.

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Práctica nº 8

A) OBTENCIÓN DE CRISTALES DE SULFATO DE COBRE (II) A partir de una disolución sobresaturada se puede conseguir la cristalización del soluto. Las

disoluciones sobresaturadas de solutos cuya solubilidad aumenta con la temperatura se consiguen saturando las disoluciones a una determinada temperatura y luego dejándolas enfriar lentamente.

1. Calienta unos 70 ml de agua, contenida en un vaso de precipitado, hasta casi la ebullición. 2. Disuelve la mayor cantidad posible de sulfato de cobre (II), triturado previamente, en esa agua

caliente. Añade sulfato de cobre (II) hasta que quede algo sin disolver para asegurarte de que la disolución está saturada.

3. Fíltralo a otro vaso de precipitado, con el nombre escrito de uno de los componentes del grupo, y vuelve a calentar el líquido filtrado, pero sólo ligeramente y pásalo a un vaso de plástico, con el nombre escrito de uno de los componentes del grupo

4. Arrolla un extremo de un hilo a una pajita de refresco. Introduce el hilo en el vaso con la disolución de manera que al apoyar la pajita en el borde del vaso el extremo del hilo quede colgando dentro de la disolución y no toque el fondo.

5. Coloca el vaso donde te diga el profesor y espera una o dos semanas. Anota lo que observas y dibuja la forma de los cristales.

B) OBSERVACIÓN DEL CRECIMIENTO DE CRISTALES DE TIOSULFATO DE SODIO Los cristales de tiosulfato de sodio crecen rápidamente a partir de una disolución acuosa

sobresaturada. Calentándolos, estos cristales se disuelven en parte de su agua de cristalización. Procedimiento:

1. Pon cristales de tiosulfato de sodio en un tubo de ensayo hasta una altura de 3 o 4 cm. 2. Agrega 1 ó 2 gotas de agua. 3. Calienta suavemente hasta que los cristales se hayan disuelto (parecerán fundirse). 4. Deja enfriar el tubo de ensayo en la gradilla. 5. Deja caer en la disolución un pequeño cristal semilla de tiosulfato de sodio. 6. Sujeta el tubo entre las manos mientras se produce la cristalización. Anota lo que observas y la forma de los cristales.

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Práctica nº 9

A) ¿CÓMO SEPARAR EL ACEITE, EL VINAGRE Y LA SAL DEL ADEREZO DE LA ENSALADA?

1.- Observa y anota el aspecto de la mezcla. 2.- ¿Cuántos componentes de la mezcla se observan a simple vista?. Anota cuáles son. 3.- Si no se pueden ver todos, ¿Qué ocurre con los que no se pueden ver? 4.- ¿Qué es el vinagre?

5.- ¿Se mezclan el vinagre y el aceite? 6.- ¿Cómo se denominan los líquidos que se mezclan y los que no se mezclan? 7.- ¿Qué método físico utilizarías para separar el aceite y el vinagre? 8.- Dibuja el montaje para sujetar el embudo de decantación.

9. - Agita y echa en un embudo de decantación la mezcla que te ha entregado el profesor. Asegúrate de que el embudo está cerrado antes de añadir la mezcla. Deja reposar la mezcla hasta que queden separados claramente lo dos líquidos.

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10.- Para separarlos coloca un vaso de precipitados debajo del embudo y abre la llave de éste. Deja que salga el líquido que está situado en la parte inferior y cierra la llave. ¿Qué líquido has separado? ¿Por qué queda en la parte inferior?. 11.- A continuación coloca otro vaso de precipitados debajo del embudo y deja caer el otro líquido. ¿Cuál es?. 12.- ¿En qué líquido estará disuelta la sal? 13.- Calienta suavemente el vaso con vinagre hasta que se evapore bastante cantidad de agua. Deja que se enfríe. ¿Qué observas?.

B) ¿QUÉ HAY EN UNA TINTA?

La cromatografía es una técnica de separación de sustancias que se basa en las diferentes velocidades con que se mueve cada una de ellas a través de un medio poroso arrastradas por un disolvente en movimiento. Vamos a utilizar esta técnica para separar los pigmentos utilizados en una tinta comercial.

Procedimiento

1. Recorta una tira de papel de filtro que tenga unos 4 cm de ancho y que sea un poco más larga que la altura del vaso.

2. Enrolla un extremo en una pajita de refresco (puedes ayudarte de cinta adhesiva) de tal manera que el otro extremo llegue al fondo del vaso.

3. Dibuja una mancha con un rotulador negro en el extremo libre de la tira, a unos 2 cm del borde. Procura que sea intensa y que no ocupe mucho.

4. Echa en el fondo del vaso alcohol, hasta una altura de 1 cm aproximadamente.

5. Sitúa la tira dentro del vaso de tal manera que el extremo quede sumergido en el alcohol pero la mancha que has hecho sobre ella quede fuera de él.

6. Puedes tapar el vaso para evitar que el alcohol se evapore.

7. Observa y anota lo que ocurre.

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DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN, MASA Y DENSIDAD DE UN SÓLIDO Material necesario: - Prisma. - Regla. - Probeta. - Balanza.

I) CÁLCULO DEL VOLUMEN DE UN SÓLIDO. El volumen de los sólidos no se puede medir directamente.

En el caso de cuerpos regulares (cilindros, prismas, esferas, etc.) se puede calcular midiendo sus dimensiones y aplicando la expresión matemática correspondiente. Sin embargo, el volumen de los sólidos irregulares, cuyo cálculo mediante la aplicación de fórmulas geométricas sería excesivamente complicado, se puede medir por el “método de inmersión”, que también se puede aplicar a los sólidos regulares.

La medida de volúmenes por el “método de inmersión” se fundamenta en el hecho de que al

sumergir un sólido en un líquido el aumento de volumen experimentado por éste es igual al volumen ocupado por el sólido. Consiste en poner agua en una probeta graduada hasta aproximadamente la mitad y, a continuación, sumergir en ella el cuerpo cuyo volumen queremos determinar. La diferencia entre el nivel del líquido antes y después de la inmersión del objeto será el volumen buscado.

a) Mide el volumen de un prisma mediante el método de inmersión.

1.- Añade agua en una probeta graduada y anota el nivel del agua en la probeta. 2.- Sumerge el prisma totalmente dentro del agua de la probeta y anota el nivel del agua después de sumergir el prisma. 3.- Completa la siguiente tabla:

Volumen de un prisma mediante el método de inmersión Nivel del agua en la probeta antes de sumergir el prisma Nivel del agua en la probeta después de sumergir el prisma Diferencia entre el nivel del líquido después y antes de la inmersión Volumen del prisma

b) Calcula el volumen de un prisma matemáticamente. 1.- Mide los tres lados del prisma utilizando una regla. 2.- Calcula el volumen del prisma utilizando su fórmula matemática: volumen = base x altura 3.- Completa la siguiente tabla:

Volumen de un prisma matemáticamente

Longitud del lado a de la base Longitud del lado b de la base Altura Area de la base Volumen del prisma = base x altura

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II) CÁLCULO DE LA MASA DE UN SÓLIDO. La masa de los sólidos, por tener éstos forma propia, se puede determinar directamente con

la balanza. Para lo cual, una vez que la balanza está equilibrada y calibrada a cero, se pone el sólido en el platillo y aparece en la pantalla el resultado de la pesada.

c) Determina la masa del prisma utilizando la balanza electrónica.

masa del prisma

III) CÁLCULO DE LA DENSIDAD DE UN SÓLIDO. La densidad es una propiedad característica de la materia que permite identificar sustancias

puras. Se calcula aplicando la fórmula: d = m / v.

d) Calcula la densidad del prisma aplicando su fórmula.

densidad = masa / volumen

CUESTIONES

1.- ¿Se obtiene el mismo valor para el volumen del prisma utilizando la fórmula matemática y por el método de inmersión?. 2.- Consultando los datos de la tabla de densidades (g/cm3). ¿De qué material puede estar hecho este prisma?

Hierro 7,80 Osmio 22,60 Plomo 11,30 Cobre 8,90 Estaño 7,30 Aluminio 2,70 Oro 19,30 Sodio 0,70

PCPI La materia

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SEPARACIÓN DE UNA MEZCLA DE HIERRO, SULFATO DE COBRE (II), ARENA Y YODO.

Material necesario: - Arena - Mechero - Hierro

- Vidrio de reloj - Sulfato de cobre (II) - Varilla de agitación

- Yodo - Papel de filtro - Vaso de precipitado

- Embudo - Imán - Plástico

Procedimiento:

1º) Cubre el imán con plástico y pásalo sobre la mezcla. Dibújalo y escribe lo que observas.

¿Qué componente de la mezcla has separado?:

¿Qué técnica de separación has empleado?:

2º) Calienta suavemente la mezcla restante en un vaso de precipitado, colocando un vidrio de reloj con agua encima de éste. Dibújalo y escribe lo que observas:

¿Qué componente de la mezcla has separado?:

¿Qué técnica de separación has empleado?:

¿Para qué se coloca el vidrio de reloj con agua encima del vaso de precipitado?:

3º) Añade agua caliente a la mezcla y agítala. Dibújalo y escribe lo que observas:

PCPI La materia

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4º) Filtra la disolución resultante. Dibújalo y escribe lo que observas:

¿Qué componente de la mezcla has separado?: ¿Qué técnica de separación has empleado?: ¿Qué componente de la mezcla queda en la disolución?:

5º) Calienta suavemente la disolución al máximo posible (hasta que empiece la turbidez), y déjala enfriar lentamente: Dibújalo y escribe lo que observas:

¿Cómo se denomina el proceso que acabas de realizar?: ¿Para qué se emplea este proceso?: