Sustancias puras:simples y compuestas

Capítulo 9

Transformaciones de las sustancias puras

Algunas sustancias sólidas al ser sometidas a la acción del calor fun-den (cambian al estado líquido). Sin embargo, continúan siendo las mismas sustancias. Se produce un cambio físico.

Existen otras sustancias que al ser calentadas, se descomponen; es decir se transforman en otras sustancias. En estos casos se produce un cambio químico.

Las sustancias se pueden descomponer mediante la acción del calor, la acción de la corriente eléctrica u otros agentes. A estos procedimien-tos se les llama métodos de descomposición.

Sustancia compuesta es aquella que se puede descomponer obteniéndose sustancias diferentes (dos o más).

Sustancia simple es aquella que no se puede descomponer por ningún método de descomposición.

Fig. 1. La glucosa, el yoduro de plomo y la acetona son ejemplos de sustancias compuestas.

Fig. 2. El azufre, el cobre y el cinc son ejemplos de sustancias simples.

Sustancias puras compuestas (fig. 1)

Sustancias puras simples (fig. 2)

Se descomponen mediante algún método de descomposición

No se descomponen por ningún método de descomposición

Sustancias puras

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Método de descomposición por acción del calor

Método de descomposición por acción de la corriente eléctrica

Acción del calor

Acción de la corriente eléctrica

rotura

rotura

Termó lisis

Electró lisis

Fig. 4. Aspecto de la sacarosa.

Fig. 3. Sacarosa o “azúcar de mesa”.Esta sustancia constituye el edulcorante mundialmente más usado. Se extrae de la caña de azúcar y de la remolacha azu-carera.

Ejemplificaremos los métodos de descomposición mediante dos ac-tividades experimentales.

Calentamiento de sacarosaEn esta actividad se analizan los cambios que se producen durante el

calentamiento de sacarosa, proceso llamado termólisis (fig. 3).

Electrólisis del agua En esta segunda actividad se analiza la transformación del agua líqui-

da por acción de la corriente eléctrica, proceso llamado electrólisis.

Primera actividad experimental

Calentamiento de sacarosa

• Objetivo Estudiar los cambios de la sacarosa por acción del calor.• Materiales 2 tubos de ensayo, mechero de alcohol, pinza de madera, piseta, gradilla, espátula.• Sustancias Agua y sacarosa • Procedimiento 1) Observa el aspecto de la sacarosa (fig. 4). 2) Etiqueta los tubos de ensayo con las letras A y B. En cada uno coloca sacarosa hasta 1cm de altura. 3) Tubo A Agrega aproximadamente 5 cm3 de agua, agita y observa. 4) Tubo B Caliéntalo suavemente y observa. Cuando no se aprecien más

cambios, apaga el mechero. Apoya el tubo en la gradilla y es-pera hasta que se encuentre a temperatura ambiente. Agrega aproximadamente 5 cm3 de agua.

Agita y observa (fig. 5). Registra las observaciones en un cuadro de datos.

Fig 5. Calentamiento de la sacarosa.

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Fig. 6. Formación de “carbón”

Fig. 7.

Interpretación de las observaciones

¿Es la sacarosa la misma sustancia que el sólido resultante del calentamiento?

El análisis de las observaciones nos indica que el aspecto de la saca-rosa y del sólido resultante de su calentamiento es totalmente diferente. La sacarosa es un sólido blanco formado por cristales pequeños y bri-llantes, en cambio el sólido que se obtiene al final del experimento es compacto, negro y sin brillo (carbón). Lo anterior nos permite suponer que no son la misma sustancia (fig. 6).

Existen otras evidencias experimentales que confirman la anterior suposición.

• Si comparamos la capacidad de disolverse en agua: - la sacarosa se disolvió totalmente quedando en el tubo un lí-

quido incoloro y transparente (agua azucarada) - el sólido negro apenas se disolvió en agua La solubilidad en agua, una propiedad caracteristica, es diferente

en ambos sólidos.• Comparemos ahora los puntos de fusión de ambos sólidos - al calentar la sacarosa ésta fundió casi inmediatamente de ini-

ciado el calentamiento - el sólido negro no se fundió a pesar que continuó el calenta-

miento Podemos suponer que el punto de fusión de la sacarosa es menor al

punto de fusión del sólido negro (fig. 7).Disponemos de tres argumentos para suponer que el sólido inicial

(sacarosa) es una sustancia diferente al sólido final: - aspecto- solubilidad en agua- punto de fusiónEs decir, al calentar sacarosa hemos detectado que algunas propie-

dades cambiaron, lo que nos permite pensar que se ha modificado la composición química del sistema considerado y por lo tanto se ha for-mado al menos una sustancia diferente a la inicial.

Conclusiones

Mediante la acción del calor, la sacarosa se ha transformado en una nueva sustancia

Posiblemente se haya formado otra u otras sustancias, pues fue notorio el abundante desprendimiento gaseoso durante el calentamiento

Representación de la termólisis de la sacarosa Termólisis Sacarosa carbón + otras sustancias

La sustancia pura sacarosa es una sustancia compuesta

Dado el olor que se produce durante el calentamiento de la sacarosa y el color del sólido resultante, podemos suponer que se ha formado “carbón”

Varios cambios se producen durante el calentamiento de la sacarosa:- inicialmente funde (cambio físico)- posteriormente se produce la formación del “caramelo” (cambio químico)- al final se forma carbón, otro cambio químico, La sacarosa se descompone en el intervalo de temperatura de 260ºC a 285 ºC

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Fig. 8.

PRECAUCIÓNEl ácido sulfúrico es una so-lución acuosa que debe ma-nejarse con cuidado. Es im-prescindible que la etiqueta del frasco tenga visibles los pictogramas y las frases R y S correspondientes.

Electrólisis del agua • Objetivo Estudiar los cambios que experimenta el agua por acción de la corriente eléctrica. • Materiales Recipiente de vidrio de 400 cm3 aproximadamente, 2 tubos de

ensayo, probeta 50 cm3, 2 electrodos de cromo-níquel, fuente co-rriente continua (9 V), 2 cables para conexiones, varilla de vidrio, fósforos.

• Sustancias Agua destilada, solución de ácido sulfúrico (fig.8).• Procedimiento 1) Coloca agua en el recipiente de vidrio hasta aproximadamente

la mitad de su capacidad. 2) Arma el dispositivo como muestra la figura 9 y enciende la

fuente de corriente continua. 3) Sin desconectar, agrega 25 cm3 de solución acuosa de ácido sul-

fúrico y agita con la varilla. 4) Cuando uno de los tubos de ensayo esté casi lleno de gas des-

conecta la fuente de corriente. 5) Enciende un fósforo y retira rápidamente el tubo de ensayo

que contiene mayor volumen de gas. 6) Manteniendo el tubo boca abajo, introduce el fósforo encendi-

do en la boca del mismo. 7) Enciende otro fósforo y apágalo. Introduce el extremo aún in-

candescente en la boca del otro tubo 8) Registra las observaciones en un cuadro de datos.

Fig. 9. Dispositivo para electrólisis del agua.

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Fig. 10.

Fig. 11.

Interpretación de las observaciones

Los gases obtenidos al pasar la corriente eléctrica a través del agua ¿son sustancias diferentes entre sí?

Esos gases producidos ¿son diferentes a la sustancia inicial agua? El análisis de las observaciones realizadas durante la electrólisis del

agua permite afirmar que:• los gases recogidos en los tubos invertidos, resultantes de la elec-

trólisis del agua, son incoloros, por lo tanto, esa propiedad no sir-ve para diferenciarlos.

• el gas, del que se recogió mayor volumen, ardió al hacerle el en-sayo de ignición, con una pequeña explosión. Decimos entonces que ese gas es combustible.

• al realizar el ensayo de ignición al otro gas, se observó que la lla-ma “se avivó” en el extremo incandescente del fósforo. Decimos que ese gas es comburente (fig. 10).

De acuerdo a los ensayos realizados, podemos suponer que si bien estos gases obtenidos a partir de la electrólisis del agua tienen el mismo aspecto, son sustancias diferentes.

El agua presente inicialmente es una sustancia distinta a cualquiera de los gases que se formaron, al no ser combustible ni comburente.

Conclusiones

Teniendo en cuenta los resultados de este experimento pode-mos concluir que el agua líquida se descompone mediante el pasaje de la corriente eléctrica produciendo dos gases diferen-tes: uno combustible y el otro comburente, llamados respecti-vamente dihidrógeno y dioxígeno (fig.11).

Representación de la electrólisis del agua electrólisis Agua líquida dihidrógeno gaseoso + dioxígeno gaseoso

La sustancia pura agua es una sustancia compuesta

Resumiendo

Luego del análisis de las dos actividades experimentales podemos afirmar que:• si a partir de una sustancia se obtienen dos o más sustancias dife-

rentes, el proceso se llama descomposición y la sustancia inicial se llama sustancia compuesta o simplemente compuesto.

• las sustancias obtenidas pueden ser sustancias simples o no, pero su composición es más sencilla que la sustancia compuesta inicial.

• la acción del calor, así como la acción de la corriente eléctrica u otros agentes, pueden producir este tipo de transformaciones, pro-vocando que la composición química del sistema se modifique.

Combustible es una sustancia que al reaccionar con dioxí-geno (comburente) y alcan-zar la temperatura de igni-ción produce el fenómeno de combustión.

Si a los gases obtenidos en la electrólisis del agua se les apli-caran todos los métodos de descomposición, comprobaría-mos que no pueden descompo-nerse. Por lo tanto, son sustan-cias simples.

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Aplicaciones y problemas

1) En el experimento del calentamiento de la sacarosa se sugiere colo-car aproximadamente la misma cantidad de sacarosa en los tubos etiquetados con A y B. Luego, para analizar la solubilidad en agua de la sacarosa y el sólido resultante, se usa el mismo volumen de agua.

¿Es importante para la comparación de las solubilidades tener en cuenta las cantidades de las sustancias usadas? ¿Por qué?

2) En el laboratorio, el tubo de ensayo que fue usado para calentar la sacarosa, no se lava, se descarta.

Probablemente hayas observado que al hacer caramelo para un flan, si el calentamiento del azúcar es prolongado, se forma en el fondo de la budinera un sólido de color negro muy difícil de extraer (fig. 1).

Elabora una hipótesis que explique por qué el tubo de ensayo se descarta y la budinera resulta difícil de limpiar con agua.

3) Se coloca una sustancia pura sólida de color violeta en un tubo de ensayo y se calienta.

Se obtiene un gas comburente y un sólido negro. a) ¿Hay suficientes evidencias para poder concluir que la sustancia

pura inicial es simple o compuesta? Explica la respuesta. b) ¿Cómo se llama el proceso realizado?

4) Es frecuente realizar liquidaciones de prendas de vestir que han permanecido exhibidas en vidrieras expuestas a la luz solar o artifi-cial. El precio de estas prendas es inferior porque están decoloradas total o parcialmente. Los pigmentos se modifican químicamente por influencia de la luz (fig. 2).

a) La descomposición de algunas sustancias puede realizarse me-diante fotólisis, ¿Qué significa este término?

b) Los pigmentos modificados por fotólisis ¿son sustancias simples o compuestas? Justifica la respuesta.

5) En julio del 2009, en una sala en semipenumbra del Museo Juan Manuel Blanes, se expuso parte de la obra de José Manuel Pallejá. La razón de la escasa iluminación se explicaba en un cartel junto con los dibujos recuperados del artista (fig.3).

a) Ubica en Montevideo al Museo Blanes y averigua sobre la vida de José Manuel Pallejá y su obra.

b) Elabora una explicación sobre por qué la luz de la sala puede de-teriorar los dibujos expuestos.

Por razones de conservación de la obra en papel se ha

bajado el nivel de ILUMINACIÓN DE SALA

Fig 1 Ejercicio 2. En el lenguaje cotidia-no se dice “el caramelo se quemó” cuan-do queda bien oscuro y se percibe olor característico a quemado.

Fig. 2. Ejercicio 4

Fig. 3 Ejercicio 5. Autorretrato de J.M. Pallejá realizado a lápiz.

Actividades

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Investiga y reflexiona

6) El pescado bien fresco no tiene olor desagradable sino que tiene el aroma del mar. Luego de unas horas, las proteínas comienzan a des-componerse y se percibe olor a amoníaco y sabor fuerte al ingerirlo (fig. 4).

a) Las proteínas, ¿son sustancias simples o compuestas? Explica. b) Investiga acerca de los factores que favorecen la descomposición c) Reflexiona sobre los métodos de conservación que se pueden

usar para que el pescado llegue en buen estado al consumidor.

7) El peróxido de hidrógeno (“agua oxigenada”) es un oxidante muy fuerte y sus soluciones se guardan en recipientes de vidrio oscuro. Tiene variados usos industriales, entre ellos la decoloración de la pasta de celulosa (método aceptado por los ecologistas, porque los productos de su descomposición no son tóxicos).

Investiga a) ¿Qué proceso se evita al usar recipientes oscuros? b) ¿Cuáles son las sustancias que se producen en la descomposi-

ción del peróxido de hidrógeno? c) ¿Qué precauciones se deben considerar al trabajar con peróxido

de hidrógeno?

8) La electrólisis salina es un tratamiento usado para la desinfección del agua de piscinas. Tiene numerosas ventajas, ahorra tiempo y mano de obra al usar un sistema automatizado. Además evita el uso de sustancias con cloro lo cual disminuye los riesgos de contamina-ción. (fig. 5).

Investiga a) ¿Qué sustancias con cloro se agregan en el método tradicional

de desinfección del agua de piscinas? b) ¿Cómo se realiza la electrólisis del agua de la piscina y cuáles son

las sustancias gaseosas que se producen?

9) La nitroglicerina es una sustancia líquida, de consistencia aceitosa y muy explosiva (se deben evitar golpes al transportarla). En gene-ral, un explosivo es una mezcla de sustancias que se descomponen debido a la acción del calor, de un choque u otras, transformándose en sustancias gaseosas y liberando gran cantidad de energía en un tiempo muy breve. Hay muchos tipos de explosivos que se diferen-cian en la composición química. En las imágenes muy conocidas de “las aventuras del coyote y el correcaminos” se leen las palabras dinamita y la sigla TNT (fig. 6).

Investiga sobre: • la diferencia entre nitroglicerina, dinamita y TNT • la relación de Alfred Nobel con la dinamita y el premio Nobel

Fig. 5. Ejercicio 8 El tratamiento del agua por electrólisis evita la utilización de sustancias químicas con cloro y sim-plifica el mantenimiento de las piscinas.

Fig. 4. Ejercicio 6.

Fig. 6. Ejercicio 9 “El coyote es pura di-namita”

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Actividades experimentales sugeridas

1) Si has realizado la termólisis de la sacarosa habrás observado goti-tas en la parte superior del tubo donde se realizó el calentamiento. Por su aspecto podemos suponer que esas gotitas son de agua.

Para identificar la presencia de agua en este y otros casos te propo-nemos el siguiente ensayo:

• coloca cristales de sulfato cúprico en una cápsula y calienta has-ta cambio de color. Registra las observaciones

• deja enfriar y retira con espátula algunos cristales • apóyalos sobre un papel absorbente humedecido, observa y ex-

trae conclusiones

a) Si se desea comprobar que en el tubo donde se realizó el calen-tamiento de la sacarosa se formaron gotitas de agua, ¿cómo pro-cederías experimentalmente?

b) En el caso de verificar la presencia de agua en el tubo ¿cómo se produjo? Argumenta.

2) Se han mencionado en la actividad 7 algunas indicaciones para guardar el agua oxigenada (solución acuosa de peróxido de hidró-geno). En esta actividad experimental estudiaremos la acción que ejerce la enzima “peroxidasa” presente en la carne y en vegetales crudos, sobre el agua oxigenada. Las enzimas facilitan la realiza-ción de las reacciones químicas en los seres vivos.

Procedimiento • Coloca agua oxigenada en dos tubos de ensayo hasta la mitad de

su capacidad. • Agrega en un tubo trocitos de hígado vacuno crudo y en el otro,

rodajas de papa recién pelada (fig. 7). • Luego de 3 minutos acerca a la boca de cada tubo una astilla de

madera con un punto de ignición. • Observa y extrae conclusiones.

Investiga a) ¿Por qué el hígado y la papa tienen que estar crudos? b) La enzima peroxidasa; ¿qué reacción favorece? c) ¿Qué gas se reconoce como producto de la reacción?

Fig. 7. Tubo de ensayo con agua oxigena-da y rodajas de papa cruda.

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Ampliando el horizonte...

Lee el texto y responde• ¿Quéfuncióncumpleelairbag?• ¿Quémecanismoprovocaquelabolsaseinfle?• Laazidadesodio,¿esunasustanciasimpleocompuesta?Justifica.• ¿Quétipodereacciónseproduce?• ¿Cuáleselgasqueseobtienecuandolaazidadesodiosecalientaatem-

peraturassuperioresa275oC?

Una descomposición que puede salvar vidas

Afinesdelsiglopasado,aproximadamenteenladéca-dadelosochenta,algunosautosmáscostososincluían,ademásdeloscinturones,unnuevosistemadeseguri-dad:losairbags.

Estesistemafueregistradoporprimeravezel23deoctubrede1971por lafirmaMercedes-Benzy reciénen1981fueincorporadoenunauto.

Un airbag es una bolsa que se infla rápidamentecuandoocurreunaccidente.

En la actualidad vehículos menos exclusivos tam-biénhanincluidoestosdispositivos,porlomenosdos:paraconductoryacompañante.Seconocenautoshas-tacondoceairbagslograndoasíunagranburbujaenelinteriordelvehículoqueprotegealospasajeros.Secolo-canengeneralenelcentrodelvolante,enloslateralesdelosasientosdelanteros,eneltechoybajoelvolante.

Elsistemadeinfladoserealizaalliberarseungranvolumendenitróge-nogaseosoqueseproducealdescomponerseunasustanciallamadaazidadesodio.Estasustanciaesunsólidodecolorblanco,muytóxicoperoesta-bleatemperaturaambiente.

Undetectordeimpacto,atravésdeunsensordemovimientobruscodelvehículo,controlaelsistemaeléctrico.Seproduceunadescargaqueprovocaelaumentodetemperaturaamásde275ºC.Estatemperaturaessuficienteparadescomponerlaazidadesodio.

Lapresióndelgasliberadoessuficienteparainflarelairbagen20cen-tésimasdesegundo.

Labolsapermaneceunasdécimasdesegundo infladay luegoelgasnitrógenovasaliendoporpequeñosorificiospermitiendolamovilidaddelpasajero.

Elusodelairbagnosustituyealcinturóndeseguridad;esuncomple-mentoparadisminuirlaslesionesencasodeaccidente.

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