Como se clasifica la materia

Material: Proyecto Disoluciones Químicas

Curso: IV Medio Plan Común Guía N°: 4 Asignatura: Química

Temática: Disoluciones químicas Fecha Inicio: 21/09/2020 Fecha Entrega: 19/10/2020 Profesor: Roberto Ríos R e-mail: [email protected]

Como se clasifica la materia

Las sustancias puras tienen una composición definida (no varía de una muestra a otra), propiedades características como color, densidad y temperatura. Se clasifican elementos y compuestos.

Elementos: no se pueden descomponer en sustancias más simples porque están constituidas por un solo tipo de átomos, se representan mediante símbolos.

Compuestos: están formados por dos o más elementos diferentes, en cantidades fijas y exactas. Se representan por fórmulas químicas que indican el elemento y la cantidad de este, se pueden descomponer en sustancias más simples mediante métodos químicos.

Materia

Sustancias puras Mezclas

Elementos Compuestos Homogéneas Heterogéneas

Suspensiones y coloides

Al analizar nuestro entorno encontramos muchos ejemplos de mezclas homogéneas, como el aire; y también heterogéneas, como las rocas: sin embargo, entre estos dos tipos de mezclas existen estados intermediarios como las suspensiones y los coloides.

Suspensiones: son aquellas mezclas en las que una sustancia o partícula es visible porque no se disuelve en el medio dispersante, es decir, no es soluble como por ejemplo la sangre y el polvo en el aire, tamaño de las partículas mayores a 1000 nm.

Coloides: corresponde a una partícula que permanece suspendida en un medio como por ejemplo agua. A esta partícula se les llama fase dispersa y el medio en que estas se dispersan se conoce como fase dispersante. El tamaño de las partículas dispersas determina si una mezcla es un coloide, debiendo encontrarse en el rango de 1 a 1000 nm.

Los coloides se pueden encontrar en los estados sólido, líquido o gaseoso, sin embargo, los más comunes son los que tiene agua como medio dispersante.

Coloides Tipo de coloide Estado del medio dispersante

Estado de la fase dispersa

Bruma, niebla Aerosol Gas Líquido

Mayonesa Emulsión Líquido Líquido

Crema batida Espuma Líquido Gas

Mantequilla Emulsión sólida Sólido Líquido

Efecto Tyndall: fenómeno físico estudiado en 1869 por el físico Irlandés John Tyndall, que corresponden a partículas coloidales que son visibles cuando provocan la refracción de la luz por ejemplo partículas que percibimos gracias a las luces de un vehículo en un ambiente de neblina, o bien cuando en una habitación entran rayos de sol.

Diferencias entre mezclas homogéneas, suspensiones y coloides

Criterio Disolución Coloide Suspensión

Tamaño de las partículas

0, a 1 nm 1 a 1000 nm Mayor a 1000 nm

Apariencia a simple vista

Completamente homogénea

Homogénea pero en el limite

No homogénea Transparencia Es transparente (no

distorsiona la luz que la traspasa)

Presenta efecto Tyndall

No es transparente

Efecto de la gravedad en las partículas

Estable, no se separa por efecto de la gravedad

Menos estable, permanece suspendido

Un componente se deposita en el fondo del recipiente por efecto de la gravedad

Técnicas de separación de mezclas

1.- Filtración: Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión a través de un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba, cedazo o filtro.

En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.

m

2.- Destilación: Esta técnica permite separar líquidos miscibles o un soluto disuelto en un líquido, esta técnica se basa en la diferencia de puntos de ebullición de los componentes de la mezcla. Si los puntos de ebullición son cercanos, como por ejemplo del etanol en agua, se realiza una destilación fraccionada (con columna de fraccionamiento); si la diferencia en los puntos de ebullición es mayor que 100°C, se realiza una destilación simple

Destilación Simple

Destilación Fraccionada

3.- Decantación: esta técnica es usada para separar líquidos no miscibles, en la parte inferior queda el líquido más denso, el cual se separa abriendo la llave del embudo

4.- Tamizado: se utiliza para separar sólidos de distintos tamaños, para la separación se pasa la mezcla a través de un tamiz.

5.- Cristalización: se emplea para separar solutos de disoluciones. En las que el soluto se encuentra en estado sólido y el disolvente en estado líquido. Consiste básicamente, en la obtención del soluto por evaporación lenta del disolvente o por precipitación. Un ejemplo es la cristalización del cloruro de sodio (NaCl) de una disolución acuosa agregándole etanol (cambio de polaridad).

6.- Cromatografía: es un método de separación basado en la distribución de los componentes de una mezcla entre dos fases inmiscibles, una fija o estacionaria y otra móvil. En este caso los componentes de la mezcla se dejan arrastrar a diferentes velocidades sobre un soporte, el que puede ser un papel, un gas u otro líquido. Esta técnica permite separa componentes de una mezcla para su posterior análisis, un ejemplo de cromatografía es la que se usa para separar los componentes de la tinta negra de un lápiz.

7.- Evaporación: técnica usada para separar mezclas líquidas, en este caso, se evapora el disolvente quedando el sólido en el fon del recipiente.

Disoluciones Químicas

Son mezclas homogéneas formados por un soluto y un solvente o disolvente, el soluto es la sustancia que se encuentra en menor cantidad, también se conoce como fase dispersa, el disolvente es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad.

Tipos de disoluciones químicas

Estas pueden ser clasificadas de acuerdo a su estado de agregación. Así el estado físico del disolvente determinará el estado físico de la disolución.

Estado del soluto Estado del disolvente

Estado de la disolución

Ejemplo Sólido

Sólido Sólido

Bronce

Líquido Amalgama dental

Gaseoso Hielo

Sólido

Líquido Líquida

Sal en agua

Líquido Alcohol en agua

Gaseoso Bebida gaseosa

(cerrada) Sólido

Gaseoso Gaseosa

Smog

Líquido Niebla

Gaseoso Aire

Disolución = soluto + disolvente

Para indicar la capacidad que tiene un soluto de disolverse en una disolución, se utiliza la magnitud solubilidad, la cual se define como la cantidad máxima de soluto (expresada en gramos) que puede disolverse en 100 gramos de disolvente, a una temperatura determinada. Así, de acuerdo a esta definición, se encuentran las disoluciones:

 Saturadas: contiene la cantidad máxima de soluto que se pude disolver, es decir, lo que corresponde a la solubilidad.

 Insaturada: contiene menos cantidad de soluto que la solubilidad que le corresponde-

 Sobresaturada: contiene mayor cantidad de soluto que la solubilidad que le corresponde.

Factores que modifican la solubilidad

 Naturaleza del soluto y del disolvente: experimentalmente se ha demostrado que las sustancias que presentan enlaces intermoleculares y estructuras similares son más solubles. Así, los solutos polares son más solubles en disolventes polares y los solutos apolares son más solubles en disolventes apolares.

Mientras mayor sea la atracción entre el soluto y las moléculas del disolvente, mayor será su solubilidad.

 Efecto de la temperatura: para los solutos sólido o líquidos disueltos en agua, la solubilidad, en general, aumenta al aumentar la temperatura. Con el aumento de la temperatura, aumenta el movimiento de las partículas, quedando un mayor número de ellas libres para formar parte de la disolución.

Para los gases disueltos en agua, la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

Esto se debe a que a medida que se calienta el agua, se liberan burbujas (moléculas gaseosas) escapando de la disolución

 Efecto de la presión: solo afecta a los gases, en este caso la solubilidad de un gas en agua aumenta al aumentar la presión aplicada sobre la disolución, debido a que la presión favorece la difusión de las moléculas de gas en el líquido. La presión no afecta la

solubilidad de sólidos y líquidos. La relación cuantitativa entre la solubilidad de un gas disuelto en un líquido y la presión fue estudiada por William Henry (1775-1836), quien enunció la llamada ley de Henry: “a temperatura constante, la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas, siempre que no tengan lugar

reacciones químicas entre el gas y el líquido”. Esta ley se expresa de la siguiente manera:

S (g) = K x P (g) S (g) = solubilidad o concentración del gas

K = constante de la ley de Henry (propia de cada gas) P (g) = presión parcial del gas

Ejemplo: si nos referimos a la concentración de dióxido de carbono de una bebida de fantasía, determinar cuál es la concentración de dióxido de carbono (CO2):

a) Cuando es embotellada una bebida de fantasía a una presión parcial de CO2 de 5 atm sobre el líquido a 25°C

b) Cuanto se destapa la bebida de fantasía a una presión de CO2 de 1 atm. La constante de la ley de Henry para el CO2 a 25°C es 3,1 x 10^-2 mol/L x atm.

Resolución:

a) S (g) = 3,1 x 10^-2 mol/L x atm. X 5 atm S (g) = 0,16 mol/L

b) S (g) = 3,1 x 10^-2 mol/L x atm. X 1 atm S (g) = 0,031 mol/L

En consecuencia, la concentración de CO2 al embotellar la bebida es de 0,16 mol/L y al abrirla es de 0,01mol/L, es por eso que escapan, generando una disminución de la presión interna, ya que las partículas de gas tienen más espacio para movilizarse.

Unidades de concentración

Informan sobre la cantidad la cantidad de soluto presente en una cantidad determinada de disolución, se clasifican en unidades físicas y unidades químicas.

Unidades Físicas

a) Tanto por ciento masa/masa (%m/m): masa de soluto en 100 gramos de disolución b) Tanto por ciento masa/volumen (%m/v): masa de soluto en 100 mL de disolución.

c) Tanto por ciento volumen/volumen (%v/v): mL de soluto en 100 mL de disolución.

d) Partes por millón (ppm): esta unidad de concentración se emplea cuando la cantidad de soluto es muy pequeña y se usa la siguiente relación matemática:

ppm = m soluto x 10⁶ M disolución

Unidades Químicas

a) Molaridad (M): moles de soluto en 1 L de disolución b) Molalidad (m): moles de soluto en 1 Kg de disolvente

c) Fracción molar (X): establece una relación de moles entre el soluto y el disolvente y se calcula de la siguiente manera:

X

= n

n

n

X

= n

n

n

n = número de moles