I

2012

Manuel Acevedo Díaz

Universidad Autónoma de Zacatecas

Unidad Académica Preparatoria Plantel V

21/12/2012

Materia, Energía y Cambios

II

Contenido

1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. - 1 -

1.2 OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA ........................................................................ - 3 -

1.3 PROPIEDADES DE LA MATERIA ................................................................................... - 4 -

1.3.1 PROPIEDADES GENERALES: ................................................................................ - 4 -

1.3.2 PROPIEDADES ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS ................................................... - 5 -

1.3.3 PROPIEDADES CUALITATIVAS (NO MEDIBLES): ................................................. - 6 -

1.3.4 PROPIEDADES CUANTITATIVAS (MEDIBLES): ..................................................... - 6 -

1.3.5 PROPIEDADES INTENSIVAS: ................................................................................. - 6 -

1.3.6 PROPIEDADES EXTENSIVAS: ................................................................................ - 6 -

1.4 MEDICIONES Y SUS UNIDADES ................................................................................... - 7 -

1.4.1 PRESIÓN ................................................................................................................ - 10 -

1.4.2 TEMPERATURA ..................................................................................................... - 11 -

1.4.3 VOLUMEN .............................................................................................................. - 13 -

1.4.4 CANTIDAD DE SUSTANCIA .................................................................................. - 14 -

1.5 CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA ............................................................................... - 20 -

1.5.1 SUSTANCIAS ......................................................................................................... - 20 -

1.5.2 ELEMENTOS .......................................................................................................... - 20 -

1.5.3 COMPUESTOS ....................................................................................................... - 22 -

1.5.4 MEZCLAS ............................................................................................................... - 23 -

1.5.4.1 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS ................................................. - 25 -

1.6 ESTADOS DE AGREGACIÓN ...................................................................................... - 33 -

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... - 35 -

- 1

-

UNIDAD 1: MATERIA, ENERGÍA Y CAMBIOS

1.1 INTRODUCCIÓN

El Sistema Escolarizado del Plantel V de la Unidad Académica Preparatoria de la

Universidad Autónoma de Zacatecas les da la más cordial de las bienvenidas a la Asignatura

de Química I, felicitándolos por haber tomado la decisión de continuar su preparación

académica.

Como parte complementaria de los materiales, herramientas y actividades necesarios

para cursar la materia, es que en cada tema o apartado se presenta un documento, el cual

deberán de leer a completitud y tratar de entender los conceptos y las ideas ahí vertidos, ya

que –en la mayoría de los casos- ahí se encuentran contenidos que es, si no obligatorio sí

conveniente, memorizar.

V.S.

Hoy las cosas no son como antes. En la época de su descubrimiento, el plástico

enloqueció a la humanidad por sus propiedades, por la novedad y por su gran utilidad. Parece

que el bienestar material, la computadora de plástico, la carrocería de los automóviles y los

aviones ya no nos sorprenden. Al contrario, los plásticos son ahora una fuente de

contaminación, tanto que en algunos países se ha llegado a prohibir su uso en los

supermercados como bolsas para transportar las compras. ¿Qué ocurre? Es como si todo

descubrimiento y diseño derivado de la Química se volvieran contra nosotros...

- 2 -

Pedimos que viertas tu opinión en el Debate: "La Química ¿Héroe o Villano?" Ésta

será tu primer actividad objeto de avaluación.

Ante cualquier duda o problema de aprendizaje, favor de comunicarse con un servidor

vía Skype (usuario: mamamia017), o bien, a través de mi cuenta de correo personal

(mamamia017@hotmail.com).

Deseándoles éxito en todas las actividades que emprendan, incluyendo ésta, su

superación académica, no me despido… ¡Me pongo a sus órdenes para cualquier asesoría,

duda o aclaración!

¡¡FELICIDADES!!

A t e n t a m e n t e

M. en E. Manuel Acevedo Díaz Instructor de la Asignatura

- 3 -

1.2 OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA

La Química es la ciencia que estudia la materia, sus propiedades físicas y químicas, los

cambios que experimenta y las variaciones de energía que acompañan a dichos

procesos (Chang, 2007 Química, pág. 11).

Como sabemos que la materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene

masa y que la energía se define como la capacidad de realizar un trabajo y/o de transferir

calor, de esta definición “aparentemente” sencilla podemos deducir que el campo de

aplicación de la química es enorme.

La materia la encontramos desde las partes internas de los diminutos e invisibles átomos, los

pequeños microbios, virus y bacterias (que tampoco vemos, pero sí sentimos sus efectos al

enfermarnos); en nuestra vida diaria, todo lo que tocamos, comemos, vestimos, calzamos, el

vehículo en el que nos transportamos, las pinturas, las lacas, los barnices, los

impermeabilizantes, los cosméticos, las bebidas procesadas, etc. Si volteamos al cielo

podremos observar, de día, una enorme lumbrera que nos proporciona luz y calor -ambas,

formas de energía- y de noche, un sinnúmero de cuerpos celestes: estrellas, planetas,

satélites naturales, cometas; y muchos otros cuerpos que, a simple vista no podemos

observar, pero que con el uso de lentes muy poderosas, los telescopios, sí se pueden admirar.

Se conocen diversas formas de la energía como lo son: cinética, potencial, mecánica,

eléctrica, química, luminosa, entre otras, pero una de ellas tiene un significado especial para la

vida humana, la calorífica. El calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos que

se encuentran a diferente temperatura.

La temperatura ambiente es diferente por la mañana que al mediodía; de igual forma,

hace más calor en un día soleado que en un día nublado; pero aún más visible es el cambio

de temperaturas con el cambio de las estaciones, ¡Hace mucho más calor en verano que en

invierno! Esto es… ¡En todo el universo, en todo momento, hay materia y hay energía!

Es preciso observar que todo a nuestro alrededor está en movimiento, y que esto provoca

cambios. Necesitamos distinguir entre los cambios que no alteran la naturaleza de las

sustancias implicadas (Jiménez Prieto & Torres Verdugo, 2012) (cambios físicos: cambios de

- 4 -

temperatura, forma o posición) y aquellos que sí conducen a un cambio en la composición

química (cambios químicos).

Actividad 1: Complete con lo que se le solicita.

Mencione 2 cambios físicos y 2 cambios químicos

1.3 PROPIEDADES DE LA MATERIA

Para distinguir una muestra de materia de otra se hace uso de sus propiedades. Las cuales

pueden clasificarse de diferentes maneras:

1.3.1 PROPIEDADES GENERALES: Son propiedades que tienen en común

todos los cuerpos, por tanto, no permiten diferenciar entre un cuerpo y otro. Ellas

son:

Masa (m): Es una medida de la cantidad de materia contenida en una

muestra de cualquier material. En el Sistema Internacional de Unidades

(S.I.) su unidad de medida es el kilogramo (kg).

Peso (): Es una medida de la fuerza con que cualquier objeto es atraído

hacia el centro de gravedad del cuerpo celeste más cercano (hacia el

centro del planeta Tierra, en nuestro caso). En el Sistema S.I. su unidad de

medida es el Newton (N).

El común de la gente toma masa y peso como sinónimos, pero en realidad

sólo son propiedades cuyos valores varían proporcionalmente. Se dice que

dos variables son directamente proporcionales cuando al aumentar la primera

- 5 -

en una cierta proporción, la segunda también se incrementa en la misma

razón, es decir, si la primera se duplica, la segunda también. Por el contrario,

se dice que dos variables son inversamente proporcionales cuando al

incrementarse una de ellas en cierta proporción, la otra se ve disminuida en la

misma razón, esto es, si la primera se duplica, la otra se reduce a la mitad.

Volumen: Cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad de

medida en el S.I. es el metro cúbico (m3).

Inercia: Propiedad por la cual un cuerpo tiende a permanecer en su

estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme.

Impenetrabilidad: Propiedad de la materia por la cual dos cuerpos no

pueden ocupar, a la vez, el mismo espacio.

1.3.2 PROPIEDADES ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS: Se llaman así

porque no son comunes a todos los cuerpos y sí permiten identificar una muestra

de materia o diferenciarla de otra.

Organolépticas: Son las propiedades de la materia que se pueden

percibir con cualquiera de los órganos sensoriales (sentidos) del cuerpo

humano, p. Ej. el color (mencione, al menos, otras cinco):

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Físicas: Son las propiedades de la materia que, al determinarse, no

provocan un cambio en su composición, p. Ej. Densidad (mencione, al

menos, cinco más):

______________________________________________________________

______________________________________________________________

Químicas: Son las propiedades de la materia que, al determinarse, sí

provocan un cambio en su composición, p. Ej. La combustión (mencione,

cuando menos, dos más):

______________________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

- 6 -

O bien, pueden dividirse en:

1.3.3 PROPIEDADES CUALITATIVAS (NO MEDIBLES):

Son propiedades a las que no se les puede asignar un valor cuantificable, por

ejemplo, el color, el olor, el sabor o el estado físico de una sustancia, o bien, el estado civil, el

lugar de nacimiento o el género de una persona.

1.3.4 PROPIEDADES CUANTITATIVAS (MEDIBLES):

Son propiedades a las que sí se les puede asignar un valor cuantificable o

numérico y una unidad de medida; por ejemplo, la temperatura (36°C), la presión (1 atm),

el volumen (22.414 L), la masa (50.0 kg), el calor específico (0.21J/mol·K-1), etcétera.

Otro tipo de propiedades que es conveniente que aprendamos a distinguir son:

1.3.5 PROPIEDADES INTENSIVAS:

Son las propiedades de la materia que no dependen de la cantidad de material

examinado, p. Ej. Punto de fusión, punto de ebullición, densidad, viscosidad, conductividad

térmica, conductividad eléctrica, solubilidad, etcétera.

NOTA: ¡Todas las propiedades químicas son propiedades intensivas!

1.3.6 PROPIEDADES EXTENSIVAS:

Son las propiedades de la materia que sí dependen de la cantidad de material

examinado, p. Ej. Masa, peso, volumen y capacidad calorífica.

- 7 -

1.4 MEDICIONES Y SUS UNIDADES

Actividad 2: Investigue, de las 7 unidades fundamentales del S. I.:

Entidad: (qué mide) Definición más actual: Unidad: Símbolo:

Cantidad de

Sustancia

Intensidad de

Corriente Eléctrica

Intensidad Luminosa

Longitud (distancia)

Masa

Temperatura

Tiempo

Actividad 3: Investigue las definiciones matemáticas -y su correspondiente unidad de medida-

de las siguientes unidades derivadas del S. I. No olvide indicar qué significa cada una de las

- 8 -

literales (letras o símbolos) utilizadas en cada fórmula y su correspondiente unidad de medida

en el S. I.

Entidad: Fórmula Matemática: Unidad: Nombre

especial:

Velocidad

Aceleración

Fuerza

Energía

cinética

Energía

Potencial

Gravitatoria

Trabajo

- 9 -

Presión

Sin embargo, aunque estas sean las unidades oficiales, por decirlo de algún modo, existen

otras unidades empleadas para medir las mismas dimensiones. Por ejemplo:

La unidad oficial para medir el volumen es el metro cúbico (m3), sin embargo existe otra

unidad usada con mucha mayor frecuencia: el litro (L)1; la unidad oficial para medir presión es

el Pascal (Pa), pero existen otras unidades de mayor uso, como son la atmósfera (atm), el

Torricelli (Torr) o el milímetro de mercurio (mmHg).

Actividad 4: Investigue diferentes unidades empleadas para medir las entidades

mencionadas en las actividades 2 y 3 y sus correspondientes equivalencias con la respectiva

Unidad S.I.

Entidad: (qué

mide) Unidad 1 Unidad 2 Unidad 3 Unidad 4

Cantidad de

Sustancia

Intensidad de

Corriente

Eléctrica

Intensidad

Luminosa

Longitud

(distancia)

1 La abreviatura de Litro (o Litros) es “L”, no “l”, “lt” ni “lts”.

- 10 -

Masa

Temperatura

Tiempo

Velocidad

Aceleración

Fuerza

Energía cinética

Energía

Potencial

Gravitatoria

Trabajo

Presión

1.4.1 PRESIÓN

La presión se define, desde el punto de vista físico, como la aplicación de una fuerza en un

área determinada. Se mide con Manómetros o con Barómetros. Matemáticamente se expresa

como

A

FP

Donde: P es la Presión, y su unidad de medida en el S. I. es el Pascal (Pa);

F es la Fuerza y su unidad de medida en el S. I. es el Newton (N);

- 11 -

A es el Área y su unidad de medida en el S. I. es el metro cuadrado (m2).

Es decir:

2

F NP Pa

A m

Algunas unidades utilizadas para medir Presión son:

Atmósferas (atm)

Torricellis (Torr)

Milímetros de Mercurio (mmHg)

Kilogramos fuerza sobre centímetro cuadrado (kgf/cm2)

Pascales (Pa)

kilo pascales (kPa)

Libras fuerza sobre pulgada cuadrada (lbf/in2), también llamadas P. S. I. por sus siglas en

inglés «Pound per Square Inches», etc.

Y las equivalencias respectivas son:

2

2

1 760

760

1.033 /

101325

101.325

14.68 /

14.68 . . .

f

f

atm Torr

mmHg

kg cm

Pa

kPa

lb in

P S I

1.4.2 TEMPERATURA

La temperatura es una forma de medir la Intensidad del Calor. Se mide con Termómetros.

Existen varias Escalas Termométricas entre las que se encuentran la Kelvin (K), la

Centígrada o Celsius (°C), la Fahrenheit (°F) y la Rankine (°R). Las primera es la unidad

oficial en el Sistema Internacional de Unidades; la segunda es la reconocida por el Sistema

- 12 -

Decimal, y las dos últimas son del Sistema Ingles. Hay dos escalas llamadas Relativas por

contener valores tanto positivos como negativos (Celsius y Fahrenheit) y dos escalas

denominadas Absolutas por sólo contener valores positivos (Kelvin y Rankine).

Para ínter transformar valores de temperatura de una escala a otra se utilizan las siguientes

fórmulas:

Para Obtener: A partir de: Utilice la Fórmula:

Grados Celsius Kelvin 1) 1

273.151

CC xK C

K

Grados Fahrenheit Grados Celsius 2) FC

FCxF

32

0.1

8.1

Grados Rankine Grados Fahrenheit 3) 1

459.671

RR x F R

F

Grados Fahrenheit Grados Rankine 4)

R

FRRxF

1

167.459

Grados Celsius Grados Fahrenheit 5)

F

CFFxC

8.1

0.132

Kelvin Grados Celsius 6) 1

273.151

KK x C C

C

Grados Rankine Kelvin 7)

K

RxKR

0.1

8.1

Kelvin Grados Rankine 8)

R

KRxK

8.1

0.1

- 13 -

1.4.3 VOLUMEN

El Volumen es la cantidad de espacio ocupado por un cuerpo. La unidad derivada de

volumen en el Sistema Internacional de Unidades (S. I.) es el metro cúbico (m3), sin

embargo existen otras unidades que tienen gran uso en la vida cotidiana, como el litro o el

mililitro, por ejemplo. Algunas equivalencias que pueden ser útiles son las siguientes:

1L=1 000mL=1 000 000L (Recuerde que 1 000=1X103=103 y que 1 000 000=1X106=106)

1 m3 = 103 L = 106 mL

1 m3 = 103 dm3 = 106 cm3

Por lo cual se deduce que:

1L = 1 dm3 y 1 mL = 1 cm3

1 in3 = 16.387 cm3

1 ft3 = 28.32 L

1 yd3 = 764.55 L

1gal = 3.785 L

- 14 -

1.4.4 CANTIDAD DE SUSTANCIA

- 15 -

- 16 -

- 17 -

- 18 -

Si los materiales siempre tienen una masa fija, podemos contarlos y pesarlos. Como los

átomos de una sustancia tienen masas fijas, podemos pesar la sustancia para contar los

átomos. Por tanto, el mol constituye una forma práctica para determinar el Número de átomos,

moléculas o unidades fórmula de una muestra al pesarla. Por ejemplo:

Por lo anterior el mol es la unidad de cantidad de sustancia que se mide de forma indirecta, a

través de una propiedad que sea proporcional al número de entidades elementales.

La MASA ATÓMICA de un átomo de un cierto elemento está determinada

experimentalmente y su valor está registrado en la Tabla Periódica de los Elementos.

Se define como el peso atómico promedio de las masas de sus isótopos naturales; se

considera que todos los átomos de un elemento tienen la misma masa atómica, la cual

es expresada en Unidades de Masa Atómica (uma).

La masa atómica de un elemento, expresada en uma, es numéricamente igual a la masa

de 1 mol de átomos del mismo elemento, expresado en gramos.

Para aclarar lo anterior, es conveniente que observe lo siguiente:

La masa de 1 átomo de Hierro es de 55.847 uma

La masa de 1 mol de átomos de Hierro es de 55.847 g.

La masa de 1 átomo de Azufre es de 32.064 uma

La masa de 1 mol de átomos de Azufre es de 32.064 g.

La masa de 1 átomo de Oxígeno es de 15.9994 uma

La masa de 1 mol de átomos de Oxígeno es de 15.9994 g.

El valor de la masa atómica en la Tabla Periódica no tiene unidades porque es una masa

atómica relativa, dada por la masa atómica, en una, dividida entre la masa atómica del átomo

de Hidrógeno (1 uma, que equivale a 1/12 de la masa de un átomo de C-12).

=uma

Masa Atómica del elemento

Masa Atómica RelativaMasa Atómica del Hidrógeno uma

- 19 -

Por lo tanto se usa el mismo número para la Masa Atómica (expresada en uma) que para la

Masa Molar (denotada en g/mol). El mol es muy útil porque relaciona el número de especies

químicas a la masa de una muestra de estas especies.

Por ejemplo: un vendedor no puede obtener una docena de huevos pesándolos y un

impresor no puede obtener una resma (500 hojas) pesándolas, porque los huevos y las hojas

no tienen siempre la misma masa, la masa de hoja a hoja es similar, pero no es la misma. Sin

embargo el químico sí puede obtener un mol de átomos de cobre (6.022X1023 átomos)

simplemente pesando 63.54 g de cobre. El concepto de mol permite encontrar la masa en

gramos de una unidad de masa atómica. A partir de la definición de mol, sabes que un mol de

átomos de C-12 tiene una masa exacta de 12.0 g. Esto quiere decir que 1/12 de mol de

átomos de C-12 tiene una masa de 1.0 g.

Haciendo este mismo planteamiento de una manera alternativa:

1mol (6.022X1023) de unidades de masa atómica, es igual a 1 gramo.

Es decir:

6.022X1023 uma = 1 g.

O bien,

1uma23

1

6.022 10

g

X uma

241.661 10X g

1uma = 1.661X10-24 g

Estas equivalencias nos servirán para convertir uma’s en gramos y viceversa.

- 20 -

RESUMEN DE TÉRMINOS RELACIONADOS CON LA MASA

TÉRMINO DEFINICIÓN UNIDAD

Masa Isotópica Masa del isótopo de un elemento uma

Masa Atómica (Confundida, por

ser proporcional, con el Peso

Atómico)

Promedio de las masas de los isótopos naturales de un

elemento, multiplicadas por sus correspondientes

abundancias relativas.

uma

Masa Molecular (o masa

formular)

Suma de las masas atómicas de los átomos o iones en

una molécula o unidad fórmula.

una

Masa Molar Masa de 1 mol de entidades elementales (átomos, iones

o moléculas)

g/mol

1.5 CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA

La materia se puede clasificar, con base en su composición y propiedades, en dos grandes

categorías: sustancias y mezclas.

1.5.1 SUSTANCIAS

Una sustancia es una muestra de materia que tiene composición idéntica y, en

condiciones iguales, idénticas propiedades. Una sustancia puede ser un elemento o un

compuesto.

1.5.2 ELEMENTOS

Un elemento es una sustancia pura que no se puede separar en otras más sencillas por

medios químicos (Definición propuesta por Antoine Laurent Lavoisier). Para representar a

los elementos químicos se utilizan una serie de símbolos que constan de una o dos letras; en

el primer caso la letra debe ser mayúscula y en el segundo de los casos, la primera es

mayúscula y la segunda será, obligatoriamente, minúscula.

Los símbolos son empleados por conveniencia, para reducir tiempo, dinero y esfuerzo.

Es más fácil escribir: Que:

H Hidrógeno

B Boro

- 21 -

C Carbono

N Nitrógeno

O Oxígeno

F Flúor

Hay elementos cuyos símbolos son tomados de la letra inicial del nombre y otra letra

cualquiera, por ejemplo:

Elemento: Símbolo:

Helio He

Litio Li

Berilio Be

Magnesio Mg

Aluminio Al

Radón Rn

Sin embargo también hay elementos cuyo nombre no coincide con su símbolo. En ese caso,

con toda seguridad, el símbolo fue tomado de la raíz del nombre, generalmente latina o

griega, aunque hay raíces provenientes de otros idiomas.

Actividad 5: Detecte, en la tabla periódica de los elementos químicos, cuáles son los

elementos en los que no hay coincidencia entre el símbolo y el nombre e indague cuál es la

raíz de la que fue tomado el símbolo. Guíese en los ejemplos:

Elemento: Símbolo Raíz: Significado

Sodio Na Del latín Natrum

Se asienta el origen

de la palabra, pero

no su significado.

Fósforo P Phosphorus Portador de luz

- 22 -

Nota: Agregue las filas que considere necesarias.

1.5.3 COMPUESTOS

Los átomos de muchos elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos. Un

compuesto es una sustancia pura que se puede descomponer en otras más sencillas o

en los elementos que lo forman empleando métodos químicos (Definición propuesta por

Antoine Laurent Lavoisier).

2 3 2 2

2 2 2

1

2

H CO CO H O

H O H O

Así pues, el agua es un compuesto formado por Oxígeno (O) e Hidrógeno (H) en una

proporción fija de 2 átomos de H por 1 de O, que equivalen al 11.19% en masa de H y al

88.81% en masa de O, sin importar que el agua provenga del Río Bravo, del Mar Negro o de

la capa más profunda de hielo de la Antártida.

Si otro compuesto está formado por los mismos elementos que el agua, pero la proporción en

masa no es la misma, las propiedades del segundo compuesto, con toda seguridad serán

distintas, tal como lo demuestra la tabla 1.

Tabla 1. Propiedades del Agua y del Agua Oxigenada

- 23 -

Compuesto: Agua Agua Oxigenada

Fórmula Química: H2O H2O2

Estado de

agregación: Líquido Líquido

% en masa de H: 11.19% 5.93%

% en masa de O: 88.81% 94.07%

Olor: Inodora Inodora

Color: Incolora, en pequeñas cantidades Incolora

Sabor: Insípida Amargo

Masa Molar: 18.01534 g/mol 34.01474 g/mol

Punto de Fusión: 0°C -0.4°C

Punto de Ebullición: 100°C 150.2°C

Densidad: 1.00 g/cm3 1.40 g/cm3

Usos comunes: Solvente, agente de limpieza Blanqueador de vestimentas,

cabello y piezas dentales

Riesgos:

Ingestión: Necesaria para la vida; su

consumo excesivo puede producir

dolores de cabeza, confusión y

calambres. Puede ser fatal en atletas.

Inhalación: No es tóxica. Puede

disolver el surfactante de los

pulmones. La sofocación en el agua

se denomina ahogo.

Piel: La inmersión prolongada puede

causar descamación.

Ojos: No es peligrosa para los ojos, a

no ser que tenga cloro, con el cual los

ojos se irritan.

Ingestión: Serios daños,

posiblemente fatal.

Inhalación: Irritación severa,

posiblemente fatal.

Piel: Agente aclarante y

desinfectante. Causa ardor casi

inmediatamente.

Ojos: Peligroso.

1.5.4 MEZCLAS

Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en las que éstas conservan

sus propiedades distintivas. Las mezclas no poseen composición constante. Por tanto, las

- 24 -

muestras de aire obtenidas en diferentes ciudades probablemente diferirán en su composición

a causa de diferencias de altitud y contaminación atmosférica.

Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. En las mezclas homogéneas (también

llamadas soluciones) la composición es uniforme, mientras que en las mezclas

heterogéneas no.

Algunos ejemplos familiares de las primeras son el aire, los refrescos, la gasolina, la

mayonesa o las amalgamas. Podemos observar ejemplos de las segundas en la sopa de

verduras, el pozole, el pan, una tela estampada, algunas medicinas, etcétera.

Dependiendo del tamaño de las partículas, las mezclas heterogéneas se dividen en

Suspensiones y Coloides. Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las

suspensiones. Para clasificar una sustancia como coloidal, las dimensiones de las partículas

del soluto están comprendidas entre 10 y 100 nm (1 nanómetro (nm) = 1x10-9 m) mientras que

las moléculas en solución miden entre 0.1 y 10 nm. Si las dimensiones de las partículas del

soluto sobrepasan los 100 nm, entonces se trata de una suspensión.

En la Tabla 2 se mencionan las principales diferencias entre soluciones, coloides y

suspensiones.

Tabla 2. Diferencias entre soluciones, coloides y suspensiones

Propiedad: Solución Coloide Suspensión

Tamaño de las partículas (nm): 0.1 - 10 10 - 100 Mayores de 100

Número de fases: Una Dos Dos

Tipo de mezcla: Homogénea En el límite Heterogénea

Hay separación al reposar: No No Sí

Transparencia: Transparente Intermedia No transparente

Fuente: (Facultad de Ciencias Médicas)

- 25 -

1.5.4.1 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS

En la naturaleza, las sustancias se encuentran formando mezclas y compuestos que es

necesario separar y purificar, para estudiar sus propiedades tanto físicas como químicas. Los

procedimientos físicos por los cuales se separan las mezclas se denominan Métodos De

Separación.

A continuación presentaremos algunos:

1. Decantación

2. Filtración

3. Evaporación

4. Destilación

5. Centrifugación

6. Cristalización

7. Cromatografía

1. DECANTACIÓN:

Es la separación mecánica de un sólido de grano grueso, insoluble, en un líquido; consiste en

verter cuidadosamente el líquido, después de que se ha sedimentado el sólido. Por este

proceso se separan dos líquidos miscibles, de diferente densidad, por ejemplo, agua y aceite.

Figura 1 Separación por decantación

- 26 -

Figura 2 Embudos de decantación

2. FILTRACIÓN:

Es un tipo de separación mecánica, que sirve para separar sólidos insolubles de grano fino de

un líquido en el cual se encuentran mezclados; este método consiste en verter la mezcla a

través de un medio poroso que deje pasar el líquido y retenga el sólido. Los aparatos usados

se llaman filtros; el más común es el de porcelana porosa, usado en los hogares para purificar

el agua. Los medios más porosos más usados son: el papel filtro, la fibra de vidrio o asbesto,

telas etc.

En el laboratorio se usa el papel filtro, que se coloca en forma de cono en un embudo de

vidrio, a través del cual se hace pasar la mezcla, reteniendo el filtro la parte sólida y dejando

pasar el líquido.

- 27 -

Figura 5 Cribas para gránulos gruesos

Figura 3 Embudo Bushner

Figura 4 Filtración

- 28 -

Figura 6 Filtración al vacío

3. EVAPORACIÓN:

Es la separación de un sólido disuelto en un líquido, por calentamiento, hasta que el líquido

hierve y se transforma en vapor. Como no todas las sustancias se evaporan con la misma

rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura.

Figura 7 Evaporación natural

- 29 -

4. DESTILACIÓN:

Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos miscibles y

consiste en una evaporación y condensación sucesivas, aprovechando los diferentes puntos

de ebullición de cada uno de los líquidos, también se emplea para purificar un líquido

eliminando sus impurezas.

En la industria, la destilación se efectúa por medio de alambiques, que constan de una

caldera, una retorta, el refrigerante en forma de serpentín y el recolector; mediante este

procedimiento se obtiene el agua destilada o bidestilada, usada en las ámpulas o ampolletas

que se usan para preparar las suspensiones de los antibióticos, así como el agua destilada

para las planchas de vapor; también de esta manera se obtiene la purificación del alcohol, la

destilación del petróleo, etc.

Figura 8 Aparato para destilación

- 30 -

5. CENTRIFUGACIÓN:

Proceso mecánico que permite, por medio de un movimiento acelerado de rotación, provocar

la sedimentación de los componentes de una mezcla con diferente densidad. Para ello se usa

una máquina especial llamada centrífuga. Ejemplo: se pueden separar las grasas mezcladas

en los líquidos, como la leche, o bien los paquetes celulares de la sangre, separándolos del

suero sanguíneo.

6. CRISTALIZACIÓN:

Separación de un sólido soluble y la solución que lo contiene, en forma de cristales. Los

cristales pueden formarse de tres maneras:

Por fusión: para cristalizar una sustancia como el azufre por este procedimiento, se

coloca el azufre en un crisol y se funde por calentamiento, se enfría y cuando se ha

Figura 9 Centrífuga de alta velocidad

Figura 10 Centrifugación diferencial

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formado una costra en la superficie, se hace un agujero en ella y se invierte

bruscamente el crisol, vertiendo el líquido que queda dentro. Se observará una

hermosa malla de cristales en el interior del crisol.

Figura 11 Cristales de azufre

Por disolución: Consiste en saturar un líquido o disolvente, por medio de un sólido o

soluto y dejar que se vaya evaporando lentamente, hasta que se han formado los

cristales. También puede hacerse una disolución concentrada en caliente y dejarla

enfriar. Si el enfriamiento es rápido, se obtendrán cristales pequeños, y si es lento,

cristales grandes.

Figura 12 Formación de estalactitas

Sublimación: Es el paso directo de un sólido gas, como sucede con el yodo y la

naftalina al ser calentados, ya que al enfriarse, los gases originan la cristalización por

enfriamiento rápido.

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Figura 13 Sublimación de Yodo

7. CROMATOGRAFÍA:

Es un procedimiento para separar, identificar y determinar con exactitud la cantidad de cada

uno de los componentes de una mezcla líquida colorida. Consiste en poner en contacto

directo una fase móvil y una fase estacionaria. Existen dos variantes: la Cromatografía en

Papel y la Cromatografía en Columna.

Figura 14 Cromatografía en papel

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Figura 15 Cromatografía en columna

1.6 ESTADOS DE AGREGACIÓN

La materia existe en 5 estados de agregación: Condensado de Bose-Einstein, Sólido, Líquido,

Gas y Plasma. Aunque más del 90% de la materia en el universo es Plasma, los tres estados

más comunes son sólido, líquido y gas.

En un sólido, las moléculas se mantienen juntas de manera ordenada, con escasa libertad de

movimiento. Las moléculas en un líquido están cerca unas de otras, sin que se mantengan en

una posición rígida, por lo que pueden moverse. En un gas, las moléculas están tan

separadas entre sí por grandes distancias en comparación con el tamaño de las moléculas

mismas. Ver Figura 16.

Las conversiones entre los tres principales estados de la materia son posibles sin que exista

un cambio en la composición de la sustancia. El paso del estado sólido al estado líquido se

llama Fusión, en tanto que la Vaporización o Evaporación nos indica que una sustancia se

transforma de líquido en gas. Hay también un paso directo del estado sólido al estado

gaseoso, se llama Sublimación. Los tres procesos anteriores tienen en común que todos ellos

consumen energía y por ello son denominados Procesos Endotérmicos.

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Existen también los pasos inversos, pero cada uno recibe un nombre específico:

De gas a líquido: Condensación; de líquido a sólido: Congelación o Cristalización (este último

sólo en el caso de que el sólido formado sea un cristal) y de gas a sólido: Deposición (o

Sublimación inversa) Ver Figura 17.

Figura 16 Representación microscópica de un sólido, un líquido y un gas.

Figura 17 Conversiones de Estado Físico

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BIBLIOGRAFÍA

WIKIPEDIA. (2012). Recuperado el 12 de 08 de 2012, de WIKIPEDIA.

Chang, R. (2007 Química). Química (9a ed.). México: Mc Graw Hil.

Facultad de Ciencias Médicas. (s.f.). Tutorial de coloides. Recuperado el 30 de Julio de 2012,

de http://medicina.usac.edu.gt/quimica/coloides/Coloides_1.htm

Jiménez Prieto, R., & Torres Verdugo, P. (2012). Recuperado el 20 de diciembre de 2012, de

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/35_las_reacciones_quimicas/curso/lrq_cfq.html