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UNIDAD 1 LA DIVERSIDAD DE LAS SUSTANCIAS En esta unidad repasaremos qué es la materia y el significado de los conceptos sustancia pura y mezcla. En el planeta Tierra hay millones de compuestos químicos diferentes pero todos ellos están formados por los mismos ladrillos constructores de la materia, los 92 elementos químicos.

ÍNDICE:1. ¿Qué entendemos por sustancia pura? ¿Qué diferencia hay entre una sustancia pura y una mezcla?2. Las mezclas homogéneas o disoluciones.3. Elementos químicos y compuestos.4. Metales y no metales.5. Actividades complementarias.

1. ¿Qué entendemos por sustancia pura? ¿Qué diferencia hay entre una sustancia pura y una mezcla? Cada tipo de materia en particular se llama sustancia. El hierro (Fe) y el agua destilada

(H2O) son sustancias. Sin embargo, en la naturaleza la mayor parte de los materiales están hechos de una

mezcla de sustancias. Por ejemplo, el aire es una mezcla de gases.

A.1. A. Clasifica los siguientes materiales como una sustancia pura o una mezcla.b. Explica brevemente el por qué.

Agua de un río, agua del mar, gasolina, niebla, hierro, leche, oro, plata, pastel, bronce, diamante, rubí, cloruro de sodio

En la vida cotidiana utilizamos la palabra puro o pura en situaciones muy diferentes. Por ejemplo, respiramos aire muy puro o comemos miel pura. Consideramos que la miel es pura porque no tiene colorantes ni conservantes. Decimos que el aire es puro porque no contiene sustancias contaminantes. Pero esto ocurre en la vida diaria. En química, el aire y la miel son mezclas. No pueden ser sustancias puras porque están formadas por más de una sustancia. Por ejemplo, el aire contiene gases diferentes (oxígeno, nitrógeno, argón, etc.) Sin embargo, el agua destilada es pura porque ha pasado un proceso que ha eliminado todas las sustancias que llevaba disueltas.

Entonces, ¿cómo podemos saber si una sustancia es pura? Es decir, ¿cómo saber si es una sustancia química?

En la actualidad se admite que una sustancia química o sustancia pura es aquella que tiene una serie de propiedades características únicas y definidas, que permiten identificarla y distinguirla de otras sustancias.

Entre las propiedades características de una sustancia química cabe citar: la densidad, el punto de fusión (temperatura a la que funde), el punto de ebullición (temperatura a la que hierve), la solubilidad en distintos disolventes, su dureza, si reacciona o no químicamente con otras sustancias determinadas, etc.

LA DIVERSIDAD DE LAS SUSTANCIAS 1

Ejemplo: una sustancia que, a una presión de 1 atm, funde a 0ºC y hierve a 100 ºC; que a una temperatura de 4ºC y 1 atm de presión, tiene una densidad de 1 g/cm3; que prácticamente no conduce la corriente eléctrica; y que en ella se disuelven bien algunas sales como el cloruro de sodio... no cabe duda de que se trata del agua. El agua, se caracteriza por tener todas esas propiedades “macroscópicas” independientemente de que la muestra de agua considerada tenga una masa de 1 mg o de 1000 kg.

En la naturaleza es bastante raro encontrar sustancias aisladas. En efecto: la inmensa mayoría de las sustancias químicas se encuentran más o menos mezcladas con otras que las acompañan.

La tabla siguiente muestra algunas propiedades de algunas sustancias químicas

opietats substàncies

Estatfísic1

Punt de fusió(ºC)

Punt de ebull.(ºC)

Densitat

(g/cm3)

Duresa2

(Mohs)Conduct. elèctrica

Solubilitat (en

aigua)Coure Sòlid 1.078 2.580 8’93 2’5 –

3’0bona no

Zinc Sòlid 419 907 7’14 2’5 bona noAlumini Sòlid 660 2.400 2’70 2’0 -

2’9bona no

Or Sòlid 1.064 2.650 19’28 2’5 – 3’0

bona no

Plom Sòlid 328 1.750 11’34 1’5 bona noIode Sòlid 114 185 4’95 - no no

Naftalé Sòlid 80 218 1’15 - no escassaMercuri Lìquid -39 357 13’55 - regular noAigua Lìquid 0 100 1’00 - no -Etanol Lìquid -114 78 0’79 - no síÀcid

sulfúric(96%)

Lìquid -8 130 1’84 - regular sí

Acetona Lìquid -95 56 0’79 - no noSulfat de

coureSòlid 110 150 2’28 - sí

(dissolt)sí

Sal comuna Sòlid 801 1.413 2’17 2’0 sí (dissolt)

sí

Oxígen Gas -219 -183 0’0014 - no escassaNitrogen Gas -210 -196 0’0013 - no escassa

1 En condicions normals (0 ºC i 1 atm de pressió); 2 l’escala de Mohs de duresa pren valors que varien de 1 per al talc (el més blanet) a 10 per al diamant. Els punts de fusió i ebullició estan donats a 1 atm de pressió.

A.2. Escribe el nombre de la sustancia desconocida con ayuda de la tabla:a. Sustancia gaseosa en condiciones normales que tiene una temperatura de ebullición de – 183ºC y no se disuelve prácticamente en agua._______b. Sustancia líquida en condiciones normales. A presión de una atmósfera funde a 0ºC. Su temperatura de ebullición a 1 atmósfera es de 100ºC. ____c. Sustancia sólida en condiciones normales. A presión de una atmósfera, su temperatura de ebullición es de 2400ºC. _______


Las sustancias puras son sustancias químicas que tienen siempre la misma composición. Por eso, todas las sustancias puras tienen una fórmula química. Las mezclas no pueden tener fórmula química. Todos los elementos de la tabla Periódica son sustancias puras.

A.3. Busca y copia la fórmula de las sustancias puras que aparecen en la tabla.

A.4. Clasifica los siguientes materiales como una sustancia pura o una mezcla.Agua de un río, agua del mar, gasolina, niebla, hierro, leche, oro, plata, pastel,

bronce, diamante, rubí, cloruro de sodiob. Corrige de nuevo en la libreta la actividad 1. ¿Cuántos errores has cometido?

A.5. A partir de los siguientes términos utilizados habitualmente, proceded a separarlos en dos partes según se trate o no de sustancias puras: agua de manantial, aluminio, aire de montaña, vinagre, alcohol etílico, leche recién ordeñada, amoniaco, platino, azufre.

Sustancias puras Mezclas

A.6. En una etiqueta leemos : “Compra el zumo X. Zumo de fruta puro”. ¿Es cierto en química? Un tetrabrik de zumo es una sustancia química? ¿Por qué?

Las propiedades de una mezcla de ciertas sustancias no son propiedades únicas y definidas, como lo son en el caso de una sola sustancia química, puesto que dependen de la proporción en que se hallen mezcladas las sustancias que la integran.

Cada sustancia que forma parte de una mezcla se llama componente. Las mezclas pueden ser heterogéneas u homogéneas.

Mezcla heterogénea es un sistema material en el que distintas partes del mismo tienen diferente composición y por tanto distintas propiedades. Los componentes de un sistema heterogéneo se pueden distinguir a simple vista, o bien con ayuda de una lupa o un microscopio. Ejemplos de mezclas heterogéneas son: el granito y la leche.

Mezcla homogénea es un sistema constituido por dos o más sustancias químicas tal que, si tomamos una muestra cualquiera de dicho sistema, su composición y propiedades son las mismas, independientemente de su tamaño y de la zona del sistema de donde se escoja. Los componentes de una mezcla homogénea no se pueden distinguir ni siquiera con la ayuda de un microscopio convencional. Las disoluciones son mezclas homogéneas. Ejemplos de disoluciones son el vino y el agua de mar.


A.7. Dados los siguientes sistemas: aire, chocolate puro, dióxido de carbono, basura, azufre, arena de playa, ozono, agua de mar. Señalad cuál o cuáles son: sustancia simple o elemento, compuesto, mezcla homogénea y mezcla heterogénea.

Sustancia simple Compuesto Mezcla homogénea Mezcla heterogénea

A. 8. Definid los siguientes términos y poned un ejemplo de cada caso, no citado hasta ahora:

Término Definición Nuevo ejemplo

Sustancia pura

Sustancia simple o elemento

Compuesto químico

Mezcla homogénea

Mezcla heterogénea


LOS MATERIALES(Sólidos, líquidos, gases)

SUSTANCIAS

COMPUESTOS

MEZCLAS

SUSTANCIAS SIMPLES

HOMOGÉNEAS HETEROGÉNEAS

A.9. Di si las siguientes frases son verdaderas (V) o falsas(F) razonando la respuesta.a. El aire que se respira en el campo es muy puro. ____b. El agua de mar mantiene una temperatura de ebullición constante a la presión de una

atmósfera._____c. El agua destilada mantiene una temperatura de ebullición constante a la presión de una

atmósfera.___d. El hierro presenta un punto de fusión constante a la presión de una atmósfera. _______e. El latón (aleación de cobre y cinc) tiene un punto de fusión constante. ________

A.10. Coge una botella de agua mineral. Mira la etiqueta. ¿Es una sustancia pura? ¿Por qué?

A.11. Haz una lista de 10 sustancias puras que haya en tu casa. Di en que habitación están normalmente.

2. Las mezclas homogéneas o disoluciones.

Como acabamos de ver, las disoluciones son mezclas homogéneas. Dada su importancia en la química, nos detendremos a estudiar de forma particular este tipo de mezclas.

En general podemos definir una disolución como una mezcla homogénea formada por dos o más sustancias llamadas componentes de la disolución. Habitualmente al componente que se halla en mayor proporción se le llama disolvente y, al resto, solutos.

Existen distintos tipos de disoluciones según el estado del soluto y disolvente. Así por ejemplo: se considera que el aire es una disolución de gases en gases, el agua salada lo es de sólidos (sales) en líquido (agua), una bebida carbónica es una disolución de un gas (dióxido de carbono) y otras sustancias en agua, y el vino es una disolución de un líquido (etanol) y otras sustancias en otro líquido (agua). Las aleaciones de metales (el latón, por ejemplo, es una aleación de cobre y cinc, y el bronce una aleación de cobre y estaño) se consideran como disoluciones de sólidos en sólidos. En las figuras siguientes se da un ejemplo de disolución de gas en líquido (cava) y un ejemplo de una aleación (el bronce de que está hecha la campana).


Nosotros nos centraremos aquí en las disoluciones de un sólido o un líquido en agua como disolvente (disoluciones acuosas), ya que este tipo de disoluciones son muy frecuentes debido a que en el agua se pueden disolver muchas sustancias. El soluto será pues la sustancia que se disuelva en el agua. Antes de empezar conviene reflexionar sobre la importancia de las disoluciones.

A.12. Enumerad y comentad diversas situaciones de interés en las que se utilicen o se fabriquen disoluciones acuosas.

Un aspecto muy importante cuando se manejan disoluciones es la concentración de la misma. Pensemos, por ejemplo: en la concentración de alcohol en las bebidas, de zumo en algunos refrescos, de sal en los guisos, etc. Además hay veces en las que el que la concentración de una disolución sea mayor o menor puede ser vital para nosotros. Pensemos, por ejemplo, en la concentración de glucosa (un tipo de azúcar) en la sangre, que si es muy elevada ocasiona una enfermedad llamada diabetes. Podemos plantearnos pues qué es exactamente la concentración de una disolución y cómo medirla.

2.1. Concentración de una disolución¿Qué significa que una disolución tenga una concentración muy elevada?

Naturalmente no significa que tenga mucho soluto. Una disolución puede contener “mucho soluto” y ser muy diluida. En efecto: no es lo mismo disolver 10 kg de sal común en una bañera que en el agua de un enorme lago o pantano. En ambos casos la masa de soluto disuelta es la misma, pero la concentración de sal en la bañera será mucho mayor que en el lago.

Por tanto, para hablar de concentración no hemos de tener en cuenta únicamente la cantidad de soluto disuelta sino también la cantidad de disolvente o de disolución. Cuanto mayor sea la primera respecto de la segunda, mayor será la concentración de la disolución.

Cuando la concentración es pequeña se dice que la disolución es diluida y cuando es grande se dice que la disolución es concentrada.

A.13. Supongamos que fabricamos las disoluciones de sal común (NaCl) en agua que se indican en la tabla. Analizad la información que se os da, con el fin de contestar las siguientes preguntas:

Disolución A B D EMasa de soluto (g) 50 80 80 40Volumen de la disolución ()

1 1 2 0’5

a) ¿Cuál es la disolución de mayor concentración? Ordenadlas de menor a mayor concentración.El orden de menor a mayor concentración es: ---------------------------------------------------------------


b) Pensad en lo que acabáis de hacer y proponed una fórmula general que permita calcular la concentración de una disolución expresada en gramos de soluto por cada litro de disolución. (Designad la concentración como “C”, la masa de soluto como “ms” y el volumen de la disolución como “V”).La fórmula que se pide es:

c) Hallad la concentración de las disoluciones anteriores en gramos soluto/litro disolución

A.14. El calcio es un elemento fundamental para nuestros huesos. En una caja de 1 litro de leche leemos que contiene 120 mg de calcio por cada 100 ml de leche. Calcula la concentración de calcio en g/l. Al beber un vaso de leche de 250 mL ¿cuánto calcio ingerimos?

A.15. Un enfermo necesita tomar un medicamento diluido en agua. Para que sea efectivo, su concentración ha de estar comprendida entre los 5 g/ y los 8’5 g/. En unos laboratorios se fabricaron distintas disoluciones de ese medicamento, con las cantidades que figuran en la tabla siguiente. Explicad cuáles de esas disoluciones debería rechazar.

Disolución A B D EMasa de soluto 11 g 2’1 g 0’036 kg 0’00475 kgVolumen de la disolución 2’75 300 mL 9 40 mL

3. Elementos químicos y compuestos

Durante mucho tiempo se conocían sustancias químicas como el hierro, el azufre, el cobre, etc., que resistían cualquier intento de obtener a partir de una de ellas al menos otras dos sustancias diferentes a la de partida (es decir, de descomponerla) por lo que se las llamó sustancias simples o elementos. Sin embargo esto no ocurría con otras. Así, por ejemplo, algunas nuevas técnicas como la electrólisis1, permitió conocer, que algunas sustancias químicas (hasta entonces tenidas por elementos) estaban en realidad formadas por la combinación de otras. A las sustancias como la potasa, la sosa, el agua, el amoniaco, la sal común, los distintos alcoholes, etc., que se las podía separar en varias sustancias simples mediante procesos químicos, se las denominó compuestos químicos.

Un elemento químico es una sustancia pura que no podemos separar en partes más pequeñas mediante reacciones químicas convencionales. En la naturaleza podemos encontrar un centenar de elementos químicos. Cada uno se representa mediante un símbolo, que suele ser la primera letra o las dos primeras letras del nombre en latín del elemento. Ejemplo: el hierro, Fe; la plata, Ag; el mercurio, Hg; el oro, Au; el azufre, S; el carbono, C, etc.

Un compuesto químico es una sustancia pura que se puede separar en otras sustancias simples mediante una reacción química. Ejemplo: el agua destilada, H2O; el salfumán o ácido clorhídrico, HCl.

1 La electrólisis consiste en la descomposición de una sustancia mediante la corriente eléctrica.


A.16. a. Pon ejemplos de otros compuestos químicos y busca sus fórmulas.b. ¿Qué diferencia la fórmula de un elemento y de un compuesto?c. ¿Por qué las mezclas no tienen fórmula química?

A.17. Di si las siguientes frases son verdaderas (V) o falsas(F) razonando la respuesta.a. Las mezclas se componen de diferentes sustancias puras. ____b. “Compuesto” es una sustancia pura que se puede descomponer en otras sustancias por

medio de una reacción química._____c. Todas las sustancias puras son compuestos___d. Todos los compuestos son sustancias puras. _______

A. 18. a. Escribe los símbolos de los siguientes elementos: hierro, aluminio, carbono, oro, plata, mercurio, oxígeno, nitrógeno, sodio, cloro.

B. Escribe el nombre de los siguientes elementos: Zn, Cu, Mg, Pt, P, S, K

4. Metales y no metales.

A.19. a. Por parejas, ¿qué es un metal? Intenta dar una definición?b. Puesta en común.c. Copia las propiedades de metales y no metales en tu cuaderno.

A.20. Busca y estudia los símbolos de los elementos más comunes.

METALES Símbolo NO METALES SímboloAluminio ArgónPlata BromoBario CarbonoCalcio CloroCobre FlúorCromo FósforoEstaño HelioHierro HidrógenoLitio Yodo Magnesio NeónManganeso NitrógenoMercurio OxígenoNíquel SilicioOro AzufrePlatinoPlomoPotasioSodioTitanioZincA.21. Completa la tabla:CONCEPTO DEFINICIÓN MACROSCÒPICA


Materia formada por más de una sustancia. Sus componentes se separan por procesos físicos (destilación filtración…) No tiene siempre las mismas propiedades ni la misma composición.Materia formada por un solo componente. Mantiene constantes sus propiedades físicas.Sustancia pura que puede separarse por procedimientos químicos en otras más sencillas.Substancia pura que no puede separarse por procedimientos químicos

A.22. Resume el tema y haz el vocabulario del tema.

A.23.a. ¿Qué entiendes por joya? b. ¿De qué están hechas las joyas?c. Clasifica los materiales que forman las joyas en mezclas (homogéneas o heterogéneas y en sustancias puras (elementos y compuestos).

A.24. Clasifica, al máximo los siguientes materiales:1. Bronce............................................................................................................................2. Diamante........................................................................................................................3. Monóxido de carbono....................................................................................................4. Gasolina.........................................................................................................................5. Humo.............................................................................................................................

A.25. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes frases. Si son falsas, explica por qué.1) Todos los compuestos son sustancias puras.2) Todas las sustancias puras son elementos.3) Todas las sustancias puras son compuestos.4) Todos los elementos son sustancias puras.

A.26. ¿La siguiente frase es correcta desde el punto de vista de la física? Razona la respuesta.“ El agua de este manantial es completamente pura”.

A.27. La profesora te proporciona un vaso con un líquido transparente al que llama benceno. ¿Cómo comprobarías experimentalmente si se trata de una mezcla o de una sustancia pura? Razona tu respuesta.

A.28. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes frases. Si son falsas, explica por qué.a) Un elemento no se puede separar en partes más sencillas por procedimientos químicos.b) La filtración puede servir para separar los componentes de una disolución.c) Todas las sustancias puras son elementos.d) El agua destilada es un compuesto.

A.29. TREBALL: AUTOBIOGRAFIA D’UN ELEMENT Utilitza la teua imaginació i escriu una autobiografia d’un element


químic.1. Tria un element qualsevol del Sistema Periòdic (excepte el neó)2. Busca algunes de les seves propietats (reactivitat amb aigua, gas, funcions,

utilitat en la naturalesa....). Has de buscar quines característiques fan únic i molt especial a aquest element.

3. Escriu una autobiografia del element. Una autobiografia és la història d’una vida en aquest cas d’un element. Intenta posar algunes de les característiques que has trobat i també que siga interessant per a la resta de companys i per a la professora.

Exemple: Neó. (Ne) Soc Neó, el Gran. Sóc un membre de la noblesa amb 8 electrons en la meua capa de valència. Com es lògic, vull mantenir la meua puresa de sang. Per això, no sóc amic, no reaccione amb qualsevol altre element de la plebe, de la resta dels elements. Són terriblement ordinaris....

Però, he de confesar-vos una cosa, estic una mica atret per un element molt comú, el fluor....

EXAMENCRITERIOS DE EVALUACIÓN

Diferenciar el significado científico de sustancia pura y el utilizado en la vida cotidiana.Conocer la clasificación de la materia.Diferenciar entre mezcla y substancia pura, argumentando la respuesta.*Diferenciar entre elemento y compuesto químico, argumentando la respuesta.*Diferenciar entre mezcla homogénea y heterogénea, argumentando la respuesta.*Conocer la definición y algunos ejemplos de disoluciones.Conocer los símbolos de los principales elementos químicos y diferenciar entre metales y no metales.Saber las definiciones del vocabulario del tema.

* EL ALUMNADO DE COMPENSATORIA O CON ACI DEBE LLEGAR A ESTABLECER LA DIFERENCIA.


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