COLEGIO DE SAN FRANCISCO DE PAULA Sevilla Departamento de Ciencias Naturales Curso 15-16

TEMA 3. Mezclas y sustancias puras

Mezclas y disoluciones: sus diferencias y métodos de separación de sus componentes. Sustancias puras: elementos y compuestos. Elementos y compuestos de especial interés con aplicaciones industriales, tecnológicas y biomédicas. Concentración y unidades (g/L, % masa). Solubilidad.

1. MEZCLAS Y DISOLUCIONES: SUS DIFERENCIAS Y MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE SUS COMPONENTES.

La materia que nos rodea se puede clasificar atendiendo a su composición en sustancias simples o mezclas. Las mezclas pueden a su vez ser homogéneas, llamándose entonces DISOLUCIONES, o heterogéneas, denominándose MEZCLAS. Las sustancias simples pueden estar hechas de un solo tipo de átomos o de varios, recibiendo el nombre de ELEMENTOS y COMPUESTOS, respectivamente.

Para separar los componentes de una mezcla se usan métodos físicos como la filtración o la decantación. Las disoluciones también se separan mediante métodos físicos como la destilación o la evaporación. Finalmente, para separar los átomos que forman un compuesto, es necesario hacerlos reaccionar químicamente con otras sustancias.

Decantación: Para decantar un sólido más denso que el agua, simplemente hay que dejarlo reposar, de modo que, por gravedad, las partículas tienden a acumularse en el fondo del recipiente, pudiéndose entonces retirar el líquido con cuidado.

Flotación: Es lo contrario que la decantación, y ocurre cuando el sólido es menos denso que el agua, flotando sobre ella, lo que permite retirarlo mediante algún procedimiento mecánico.

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Materia

Sustancias simples

Elementos

Compuestos

Mezclas

Disoluciones

Mezclas

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Filtración: Consiste en hacer pasar por un tamiz la suspensión, quedando las partículas sólidas atrapadas en el mismo. Los tamices pueden tener un tamaño de poro muy variable (cernidor, colador, filtro de tela, papel de filtro), graduando así el tamaño de las partículas que deja pasar.

Imanación: La imanación o separación magnética es muy útil cuando hay materiales férricos mezclados con otros no férricos, pues los primeros serán atraídos por el imán

separándose de los otros.

Evaporación/Cristalización: En la evaporación se calienta la disolución hasta que no quede disolvente; en la cristalización, se deja evaporar lentamente el líquido a temperatura ambiente. La diferencia estriba en que la primera técnica produce granitos muy pequeños, mientras que la segunda los suele dar bastante grandes.

Destilación: En la destilación se trata de separar dos líquidos de distinto punto de ebullición. Si los puntos de

ebullición están muy separados (>80 ºC) basta la simple, en que se calienta la mezcla, y luego se enfrían los vapores en un refrigerante, recogiéndolo en recipiente aparte. Si no, antes de condensar los vapores, éstos deben pasar por una columna de fraccionamiento que enriquece el vapor en el componente más volátil, permitiendo una mejor separación.

2. SUSTANCIAS PURAS: ELEMENTOS Y COMPUESTOS. ELEMENTOS Y COMPUESTOS DE ESPECIAL INTERÉS CON APLICACIONES INDUSTRIALES, TECNOLÓGICAS Y BIOMÉDICAS.

Los elementos están formados por átomos de un solo tipo, mientras que los compuestos contienen al menos dos tipos de átomos. En la actualidad se han identificado 118 elementos distintos, que se ordenan en la tabla periódica de los elementos. En cambio, se conocen millones de compuestos químicos diferentes, hechos de distintas combinaciones de los 118 elementos mencionados.

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3. CONCENTRACIÓN Y UNIDADES (g/L, % masa).

Si coges un vaso con agua, le añades una cucharada de sal y agitas, observas que la sal desaparece. Has preparado una disolución, es decir, una mezcla homogénea donde sus componentes no pueden distinguirse a simple vista.

En toda disolución se puede distinguir dos componentes: el disolvente, que es el mayoritario y el que le da el aspecto físico a la disolución, y el soluto, que es el minoritario y que se disuelve en el seno del disolvente. El disolvente universal es el agua.

En el ejemplo anterior, hemos visto una disolución formada por un soluto sólido (sal) y el disolvente líquido (agua). Sin embargo, se obtienen disoluciones con cualquier estado de

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Masa Disolución = masa disolvente + masa soluto

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agregación, así, las aleaciones metálicas (bronce, latón) son disoluciones sólidas, mientras que los peces respiran gracias a que el oxígeno gaseoso se disuelve en agua.

Si sigues añadiendo sal al vaso de agua en tu casa, llegará un momento en el que por mucho que agites, la sal se queda en el fondo, ya que no se disuelve más. Se ha formado una disolución saturada, es decir, una disolución que contiene disuelto la mayor cantidad de soluto posible a una determinada temperatura. En el caso contrario, cuando la disolución contiene menos cantidad de soluto de lo que puede admitir como máximo, se dice que es una disolución diluida.

Los términos diluida y saturada no nos informan acerca de la cantidad de soluto que hay en la disolución, para ello se necesita conocer la cantidad exacta de soluto que contiene. Para expresar la cantidad de soluto de una disolución se han establecido diferentes formas, entre ellas:

1) Concentración en masa: Indica la masa de soluto contenidos en cada unidad de volumen de disolución. La más utilizada es gramos por litro (g/L).

2) Tanto por ciento en masa (%): Indica los gramos de soluto que hay contenidos en 100 g de disolución.

4. SOLUBILIDAD

Se llama solubilidad a la máxima cantidad de un soluto que puede disolverse en un disolvente a una determinada temperatura. Se puede expresar de varias formas, pero es común escribirla como gramos de soluto por cada 100 g de disolvente. Generalmente, la solubilidad de una sustancia aumenta con la temperatura, pero hay excepciones a esta regla.

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La concentración de una disolución, expresa la cantidad de soluto que tiene esa disolución.

Concentración en g/L = gramos de soluto x litros de disolución

% en masa = gramos de soluto x 100 gramos de disolución

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Actividades Tema 3

1. Se disuelven 20 g de un soluto en 100 g de agua. ¿Cuál es la concentración en masa de la disolución?

2. La concentración de una disolución es 60 g/L. ¿Cuánto soluto hay en 200 mL de esta disolución?

3. En 200 g de agua se disuelven 25 g de un soluto. ¿Cuál es el porcentaje en masa de soluto en la disolución?

4. ¿Cuántos gramos de sal necesito añadir al agua para preparar 400 g de una disolución de concentración 8%? ¿Cuántos litros de agua forman la disolución?

5. Se disuelven 25 g de soluto en 200 cm3 de disolución. ¿Cuál es la concentración en g/L?

6. Se disuelven 50 g de soluto en agua, obteniéndose una disolución concentrada al 0.5 %. ¿Qué volumen de agua se ha utilizado para hacer esta disolución?

7. Tengo 100 mL de una disolución de concentración 5g/L. Si tomo 1 mL de la disolución, ¿qué concentración tiene?, ¿cuántos gramos de soluto hay?

8. Calcula la concentración en % en masa de una disolución obtenida disolviendo 10 g de NaOH en 150 g de agua.

9. Calcula la concentración en gramos por litro de la disolución obtenida al mezclar 319 g de CuSO4 con agua hasta completar dos litros.

10. Una botella contiene 750 de agua azucarada que contiene un 60 % de azúcar. Calcula cuantos gramos de azúcar contiene.

11. Calcula el porcentaje en masa de CaCl2 en una solución que contiene 16.5 g de CaCl2 en 456 g de agua.

12. Calcula la concentración en g/L de una disolución acuosa que contiene 10.5 g de NaCl en 350 mL de disolución.

13. En un vaso se han puesto 250 g de alcohol junto con 2 g de yodo, que se disuelven completamente. a) Calcular la concentración de la disolución en % en masa. b) ¿Cuántos gramos de disolución habrá que coger para que al evaporarse el alcohol queden 0.5 g de yodo sólido? c) Si tomamos 50 g de disolución y dejamos evaporar el alcohol. ¿Cuántos gramos de yodo quedan?

14. Queremos preparar 250 cm3 de disolución de sal en agua, con una concentración de 5 g/L. ¿Qué cantidad de sal debemos disolver en agua?

15. ¿ Cuántos gramos de sal contendrá un recipiente de 400 L de capacidad que contiene una disolución acuosa de sal de concentración 0.3 g/L?.

16. Si la concentración de una disolución de azúcar en leche es de 5 g/L, ¿cuántos hectogramos de azúcar hay en un vaso que contiene 200 mL de disolución?

17. En un vaso se han puesto 250 g de alcohol junto con 2 g de yodo, que se disuelven completamente. Calcula la concentración de la disolución en % en masa.

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