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TEMA 2: Diversidad de la materia

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ESQUEMA DE LA UNIDAD

1.- La materia: sustancias puras y mezclas.

1.1.- La materia.

1.1.1.- Estados de agregación de la materia.

1.1.2.- Propiedades generales y características de la materia.

1.2.- Clasificación de la materia.

1.3.- Sustancias puras.

1.4.- Mezclas.

1.5.- Cómo distinguir un coloide de una mezcla homogénea.

2.- Separación de mezclas.

3.- Mezclas homogéneas: disoluciones.

3.1.- Modos de expresar la concentración de las disoluciones.

3.2.- Porcentaje en masa.

3.3.- Porcentaje en volumen.

3.4.- Concentración en masa.

3.5.- Solubilidad.

4.- Diversidad de la materia: teoría-atómico molecular de Dalton.

4.1.- Definiciones.

4.2.- La teoría atómico molecular de Dalton.

1.- LA MATERIA: SUSTANCIAS PURAS Y MEZCLAS

1.1.- La materia

1.1.1.- Estados de agregación de la materia

Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa La materia la podemos encontrar en tres estados:

� Sòli^o: un cuerpo en estado sólido se caracteriza porque opone resistencia cuando se intenta alterar su forma o su volumen.

� Líqui^o: un cuerpo en estado líquido se caracteriza porque el volumen que ocupa es constante y su forma es esférica, sin embargo debido a la gravedad la forma de un líquido queda definida por el recipiente que lo contiene.

� G[s_oso: un cuerpo en estado gaseoso se caracteriza porque no tiene forma ni volumen propio.

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Toda la materia está formada por unas partículas denominadas moléculas. El estado en el que se encuentra la materia lo determinan las fuerzas con las que dichas partículas se atraen unas a otras:

- Los cuerpos en estado sólido poseen las moléculas muy próximas unas a otras (por eso no

pueden cambiar de posición) porque las fuerzas con las que se atraen son muy fuertes.

- En los cuerpos en estado líquido las fuerzas con las que se atraen las moléculas que los forman son menos intensas, lo que permite el movimiento conjunto de las moléculas.

- En los cuerpos en estado gaseoso las fuerzas de atracción entre sus moléculas son tan débiles que estas están tan separadas unas de otras que pueden moverse con libertad.

Los cuerpos pueden cambiar de estado variando las condiciones de presión y temperatura a la que se encuentran. Los distintos cambios de estado que se pueden producir reciben estos nombres:

1.1.2.- Propiedades generales y características de la materia

La materia tiene dos tipos de propiedades:

- Propi_^[^_s g_n_r[l_s: son comunes a toda la materia y no sirven para identificar las sustancias (masa, volumen, temperatura...).

- Propi_^[^_s ][r[]t_rísti][s: son aquellas que sí sirven para identificar una sustancia, ya que tienen un valor fijo para cada uno de ellas. Ejemplos: punto de ebullición, punto de fusión, densidad, dureza, solubilidad en agua, conductividad eléctrica…

Punto de ebullición: es la temperatura a la que empieza a hervir una sustancia. Cada sustancia hierve siempre a la misma temperatura independientemente de la cantidad de esa sustancia que se tenga, y además no hay ninguna otra sustancia que hierva a la misma temperatura.

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Ejemplos:

Sustancia

Pto. ebullición

Agua

100 ºC

Aceite

220 ºC

Alcohol

78 ºC

Punto de fusión: es la temperatura a la que empieza a fundirse un sólido. Cada sólido empieza a fundirse a una temperatura determinada independientemente de la cantidad de sólido que se tenga, además ningún otro sólido se fundirá a la misma temperatura.

Ejemplos:

Sustancia

Pto. fusión

Hierro

1539 ºC

Plomo

328 ºC

Agua (hielo)

0 ºC

Densidad: es la cantidad de masa de una sustancia que cabe en un volumen de terminado. Se puede calcular utilizando la siguiente fórmula

v

md = donde “d” es la densidad, “m” la masa y “v” el volumen.

Las sustancias menos densas flotan en las más densas, por eso la densidad es una propiedad que juega un papel importante en la construcción de los barcos.

Ejemplos:

Sustancia

Pto. fusión

Aire

0,0013 g/cm3

Agua

1 g/cm3

Agua de mar

1,04 g/cm3

Dureza: la dureza de un material es la resistencia que opone a ser rallado.

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Solubilidad en agua: la solubilidad en agua de una sustancia es la cantidad máxima de masa de esa sustancia que se puede disolver en 100g de agua. Ejemplo: la solubilidad en agua de la sal es 36g, lo que significa que si echamos menos de 36g de sal en 100g de agua, la sal se disolverá en el agua sin dejar rastro, mientras que si echamos más de 36g de sal en los 100g de agua, al reposar la mezcla quedarán restos de sal.

Conductividad eléctrica: la conductividad eléctrica es la capacidad que tiene una sustancia para dejar pasar la electricidad.

Ejemplo: los metales son buenos conductores y la madera mal conductor.

1.2.- Clasificación de la materia

Elementos Sustancias Puras Compuestos

Materia Mezclas homogéneas Mezclas Mezclas heterogéneas

Coloides

1.3.- Sustancias puras

Las sustancias puras son las que no se pueden descomponer en otras sustancias más sencillas mediante procedimientos físicos, ya que están formadas por partículas del mismo tipo.

Un elemento es una sustancia pura que no puede descomponerse en otras sustancias más sencillas ni mediante procedimientos físicos ni mediante procedimientos químicos.

Un compuesto es una sustancia pura que aunque no pueda descomponerse en otras sustancias más sencillas mediante procedimientos físicos, sí puede hacerlo mediante procedimientos químicos.

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1.4.- Mezclas

Son sustancias formadas por la combinación de varias sustancias puras que se pueden separar mediante procedimientos físicos.

Hay tres tipos de mezclas:

- Mezcla homogénea: es aquella en la que no se distinguen los componentes que la forman. Ejemplos: puré, azúcar o sal disuelta en agua…

- Mezcla heterogénea: es aquella en la que se distinguen los componentes que la forman. Ejemplos: agua y aceite, una pizza...

- Coloide: es una mezcla heterogénea que a simple vista parece homogénea. Ejemplos: la niebla, las emulsiones....

Las emulsiones son mezclas de sustancias inmiscibles (es decir, que en principio no se puede mezclar). La mezcla de este tipo de sustancias se consigue al añadir una tercera sustancia llamada emulsionante. Un ejemplo de emulsión es la mayonesa casera que se hace al añadir al huevo aceite mientras se bate.

En principio el agua que contiene la clara del huevo y el aceite que se añade para hacerla no se puede mezclar, sin embargo la yema del huevo contiene una sustancia emulsionante llamada lecitina gracias a la cual el agua y el aceite termina mezclándose.

1.5.- Cómo distinguir una mezcla homogénea de un coloide

Los coloides cumplen una propiedad llamada efecto Tyndall que no cumplen las mezclas homogéneas. Este efecto consiste en que cuando un rayo de luz se proyecta sobre un coloide este se refleja en las partículas que forman el coloide y se hacen visibles.

Coloide Mezcla homogénea

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2.- SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Las mezclas son sustancias que están formadas por varios componentes que pueden separarse por procedimientos físicos. En esta pregunta estudiaremos algunos de esos procedimientos:

� Criba

Tipos de mezclas: heterogéneas entre sólidos de distinto tamaño. Ejemplo: una mezcla de arena y piedras.

Procedimiento: se pasa la mezcla por una criba o tamiz cuyos orificios dejarán pasar las partículas más pequeñas y retendrán las más grandes. Se utiliza para separar el

café recién cogido. � Filtración

Tipos de mezclas: este método sirve para separar los componentes de una mezcla heterogénea entre un sólido y un líquido en el que no se puede disolver. Ejemplo: agua y arena.

Procedimiento: este método consiste en pasar la mezcla por un filtro cuyos poros dejarán pasar únicamente el líquido y retendrá al componente sólido.

� Cristalización

Tipos de mezclas: este método se utiliza para separar los componentes de una mezcla homogénea de un sólido disuelto en un líquido en el que queda disuelto. Ejemplo: una mezcla de azúcar disuelta en agua.

Procedimiento: este método consiste en dejar reposar la mezcla hasta que la temperatura ambiente evapore el líquido y quede en el recipiente la sustancia sólida formando cristales. La cristalización es el método que se utiliza en las salinas para obtener la sal.

� Separación magnética

Tipos de mezclas: este procedimiento se utiliza para separar los componentes de una mezcla heterogénea en la que uno de los componentes es un metal (habitualmente hierro, cobalto o níquel). Ejemplos: una mezcla de hierro y madera, limaduras de hierro y arena…

Procedimiento: consiste en pasar un imán por encima de la mezcla que atraerá a la sustancia metálica dejándola separada del resto de la mezcla.

� Decantación

Tipos de mezclas: este método se utiliza para separar los componentes de una mezcla heterogénea entre dos o más líquidos inmiscibles (que no se pueden mezclar), ya que tienen distinta densidad (por lo tanto los líquidos quedarán unos encimas de otros formando capas). Ejemplo: agua y aceite.

Procedimiento: este método consiste en introducir la mezcla en un embudo especial llamado embudo de decantación y cuando los líquidos estén perfectamente separados se abre la válvula inferior del embudo para que vaya saliendo el primer líquido. Cuando este haya salido se cierra la válvula quedando los demás líquidos dentro del embudo. Si quedan varios líquidos en él se repetiría el procedimiento de la válvula.

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� Destilación

Tipos de mezclas: este método se utiliza para separar los componentes de una mezcla homogénea de dos o más líquidos que hierven a temperaturas muy diferentes, como por ejemplo el agua y el alcohol.

Procedimiento: este método consiste en calentar la mezcla hasta que alcance la temperatura a la que hierve la sustancia con menor punto de ebullición. Esa sustancia se convierte entonces en vapor gaseoso que se hace pasar por un tubo refrigerante que lo enfría convirtiéndolo en líquido de nuevo que se recogerá en otro recipiente quedando así separada de la otra sustancia.

� Cromatografía

Tipos de mezclas: este método sirve para separar los componentes de una mezcla homogénea en la que cada componente tarda un tiempo distinto en disolverse en una sustancia determinada, como por ejemplo los componentes de la tinta de un rotulador.

Procedimiento: este método consiste en poner en contacto la mezcla con la sustancia en la que cada componente de la mezcla tarda un tiempo diferente

en disolverse, de manera que cada una se irá separando conforme vaya disolviéndose.

3.- MEZCLAS HOMOGÉNEAS: DISOLUCIONES

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. En una disolución se distinguen:

- Un disolvente: es de todos los componentes de la disolución el que se encuentra en mayor proporción y en el que se disuelven el resto de componentes.

- Uno o más solutos: son los componentes de la disolución que se encuentran en menor proporción y que están disueltos en el disolvente.

Ejemplo: imagina que mezclamos un litro de agua y una cucharada de azúcar.

a) ¿Quién crees que será el disolvente de la disolución que se forma?

El agua, ya que se encuentra en mayor proporción que el azúcar y además el azúcar se disolverá en ella.

b) ¿Quién será el soluto?

El azúcar, porque se encuentra en menor proporción que el agua y es la sustancia que se disuelve en la otra.

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Ejemplo: imagina un recipiente que contiene agua en la que hay disueltos azúcar y sal.

a) ¿Es una disolución?

Sí porque es una mezcla homogénea.

b) Nombra los componentes de la misma.

Agua, azúcar y sal

c) Di cuál es el disolvente y cuáles son los solutos.

El disolvente es el agua, porque es la sustancia en la que se encuentran disueltas las demás. Los solutos son el azúcar y la sal. 3.1.- Modos de expresar la concentración de las disoluciones La concentración de una disolución es una información que nos dice la cantidad de soluto que hay

disuelto en una cantidad determinada de la disolución. Ejemplo: la concentración de una disolución de sal en agua será la información que nos diga si la disolución está poco salada o muy salada, lo cual dependerá de la cantidad de sal que hayamos utilizado y la cantidad de disolución que tengamos.

Importancia de la concentración de una disolución: para obtener una disolución determinada es importante mezclar unas cantidades concretas de los componentes que la forman, ya que si se alteran esas cantidades no se obtendría exactamente la disolución que buscamos. Por ejemplo, el suero fisiológico es una disolución de sal en agua destilada en la que para obtener 1000 gramos de suero hay que disolver exactamente 9 gramos de sal en 991 gramos de agua destilada. Si en vez de 9 gramos disolvemos otra cantidad de sal (por ejemplo 40 gramos) en 960 gramos de agua destilada, lo que obtenemos no será suero fisiológico.

La concentración de una disolución se puede expresar de tres formas: utilizando el porcentaje en masa, utilizando el porcentaje en volumen y utilizando la concentración en masa. 3.2.- Porcentaje en masa

Nos indica los gramos de soluto que hay en 100 gramos de disolución. Este porcentaje se calcula con la siguiente fórmula:

% en masa de soluto 100×=disoluciónmasa

solutomasa

Ejemplo: se ha preparado una disolución añadiéndole a 100 gramos de agua, 10 gramos de

azúcar y 5 gramos de sal.

a) ¿Quiénes son el disolvente y los solutos?

El disolvente es el agua porque es la sustancia que se encuentra en mayor proporción. Los solutos son el azúcar y la sal que son las sustancias que se encuentran en menor proporción.

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b) Calcula el porcentaje en masa de azúcar.

% en masa de soluto 100×=disoluciónmasa

solutomasa

% en masa de azúcar 100×=disoluciónmasa

azúcarmasa

Calculamos la masa de la disolución:

Masa disolución = masa disolvente + masa solutos Masa disolución = 100+10+5 Masa disolución = 115 gramos

% en masa de azúcar 100115

10 ×=

% en masa de azúcar %7,8=

c) Calcula el porcentaje en masa de sal.

% en masa de soluto 100×=disoluciónmasa

solutomasa

% en masa de sal 100×=disoluciónmasa

salmasa

% en masa de sal 100115

5 ×=

% en masa de sal %3,4=

3.3.- Porcentaje en volumen

Nos indica el volumen de soluto que hay en 100 unidades de volumen de disolución. Se calcula con la siguiente fórmula:

% en volumen de soluto 100×=disoluciónvolumen

solutovolumen

Ejemplo: se ha preparado una disolución mezclando 10 ml de alcohol y 100 ml de agua. Calcula el porcentaje en volumen de alcohol.

%en volumen de soluto 100×=disoluciónvolumen

solutovolumen

Calculamos el volumen de la disolución:

Volumen disolución = volumen disolvente + volumen solutos Volumen disolución = 100+10 Volumen disolución = 110 ml

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% en volumen de alcohol 100×=disoluciónvolumen

alcoholvolumen

%en volumen de alcohol 100110

10 ×=

% en volumen de alcohol %09,9=

3.4.- Concentración en masa

Nos indica la masa de soluto que hay en un volumen determinado de disolución. Se puede calcular con la siguiente fórmula:

Concentración en masa de solutodisoluciónvolumen

solutomasa=

La concentración en masa de soluto se mide en mlg .

Ejemplo: se ha preparado una disolución disolviendo 5 g de azúcar en agua hasta tener un volumen total de 100 ml. Calcula la concentración en masa de azúcar.

Concentración en masa de solutodisoluciónvolumen

solutomasa=

Concentración en masa de azúcardisoluciónvolumen

azúcarmasa=

Concentración en masa de azúcar10

5=

Concentración en masa de azúcar mlg05,0=

Observación: no confundir la densidad de una sustancia con la concentración en masa en una disolución. La densidad de una sustancia es una propiedad de la sustancia entera, mientras que la concentración en masa es una propiedad que relaciona la cantidad de una sustancia con el volumen de otra sustancia.

3.5.- Solubilidad

Recordatorio: se llama solubilidad en agua de una sustancia a la cantidad máxima de esa sustancia que se puede disolver en 100 gramos de agua.

Las disoluciones, según la cantidad de soluto que hay disuelto en una cantidad determinada de disolvente, se clasifican en:

� Disoluciones diluidas: son aquellas en las que hay poco soluto en comparación con la cantidad de disolvente.

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� Disoluciones concentradas: son aquellas en las que hay mucha cantidad de soluto en comparación con la cantidad de disolvente.

� Disoluciones saturadas: son aquellas que no admiten más cantidad de soluto.

Solu\ili^[^ _n los sòli^os

Cuando el soluto que hay disuelto en agua es un sólido, la solubilidad de ese soluto aumenta al aumentar la temperatura de la disolución. Ejemplo: sabemos que la solubilidad de la sal es 36 g; es decir, en 100 g de agua se pueden disolver como máximo 36 g de sal cuando la temperatura de la disolución es de 20 ºC. Se puede comprobar que si la disolución se calienta hasta alcanzar una temperatura de 100 ºC, entonces se pueden disolver más de 40 g de sal.

Solu\ili^[^ _n los g[s_s

Cuando el soluto es un gas su solubilidad disminuye a medida que aumenta la temperatura. Así por ejemplo, si tenemos una disolución saturada en la que el soluto es un gas y la calentamos, parte del gas tiende a escapar de la disolución. La presencia de burbujas en la disolución es señal de que el gas escapa de ella. Ejemplo: el agua caliente que vierten las fábricas a los ríos y embalses, a veces hacen que la temperatura de estos aumente y como consecuencia la solubilidad del oxígeno que hay disuelto en ellos disminuya, por lo que parte de este oxígeno se libera dejando menos cantidad para que los seres vivos que habitan en estos medios acuáticos puedan respirar y muchos de ellos mueren.

4.- DIVERSIDAD DE LA MATERIA: TEORÍA ATÓMICO-MOLECU LAR DE DALTON

4.1.- Definiciones

� Átomo: es la parte más pequeña en la que se puede dividir la materia.

� Molécula: es la unión de varios átomos que pueden ser del mismo elemento o de distintos elementos.

Notas:

- Existen tantos átomos diferentes como elementos existen en la naturaleza. Así hay átomos de oxígeno, de carbono, de hierro…

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- Ejemplos de moléculas: la unión de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno forman una molécula de agua. Otro ejemplo sería la unión de tres átomos de hidrógeno y uno de nitrógeno que da lugar a la molécula de amoniaco.

4.2.- La teoría atómico-molecular de Dalton

En el siglo V A.C el filósofo griego Demócrito expresó la idea de que toda la materia estaba formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles que llamó átomos (palabra que significa indestructible o indivisible). A pesar de que la idea de Demócrito no fue aceptada por muchos de sus contemporáneos (entre ellos Platón y Aristóteles), ésta se mantuvo. De hecho poco a poco se fueron realizando investigaciones de las que se deducían la presencia de pequeñas partículas indivisibles e indestructibles en la materia tal y como había dicho Demócrito.

En 1808, un científico inglés, el profesor John Dalton, explicó de una manera precisa la composición de la materia. El trabajo de Dalton marcó el principio de la era de la química moderna. La descripción de la materia según Dalton se resume en los siguientes postulados:

� La materia está formada por átomos, que son partículas indivisibles e indestructibles.

� Todos los átomos del mismo elemento tienen la misma masa y propiedades y son diferentes a las de los átomos de cualquier otro elemento.

� Los compuestos son combinaciones de átomos de diversos elementos.

FIN DEL TEMA