Guia 1 Ciclo 5 - Estructura De La Materia - Cies

HERRAMIENTA PEDAGOGICA DE APOYO PARA EL BACHILLERATO DEPARTAMENTO DE PUBLICACIONES GUIA DE TRABAJO No 1 AREA DE CIENCIAS QUIMICA CICLO V

Elaborada por MAURICIO DUEÑAS

BOGOTA D.C

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DATOS DEL ESTUDIANTE NOMBRE DEL ESTUDIANTE

: ________________________ _________________________

CICLO

: ________________________

JORNADA

: MARTES Y MIERCOLES ( ) JUEVES Y VIERNES( ) SABADOS ( ) DOMINGOS ( )

NOMBRE DEL PROFESOR

: ________________________

FECHA

: DEL __________ AL _______

CALIFICACION

: ________________________

_____________________ FIRMA DEL PROFESOR

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PROPIEDADES Y TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA PROPIEDADES DE LA MATERIA La materia se puede definir como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa. El aire, el agua, el cuerpo humano, los muebles, nuestro planeta son materia. La materia, además de la masa, tiene otras propiedades. Por ejemplo, si tomamos en nuestras manos una piña y la probamos, de ella podremos reconocer, entre otras, las siguientes propiedades: color, olor, sabor, tamaño, peso y volumen. Pero no todas estas propiedades sirven para diferenciar una sustancia de otra. De las propiedades anteriormente mencionadas, sólo el color, el olor y el sabor nos permiten diferenciar una naranja de una piña. Las propiedades que permiten identificar clases de sustancias reciben el nombre de propiedades específicas o propiedades características. Por el contrario, propiedades como el peso y el volumen no sirven para identificar clases de sustancias. Por ejemplo, si nos dicen que una fruta tiene un volumen de 200 cm3,con este dato no podemos saber qué clase de fruta es. Las propiedades que no permiten identificar clases de materia reciben el nombre de propiedades generales. A continuación veremos algunas de las propiedades generales y específicas de la materia. PROPIEDADES GENERALES O EXTRÍNSECAS Las propiedades generales son las propiedades comunes a toda clase de materia; es decir, no nos proporcionan información acerca de la forma como una sustancia se comporta y se distingue de las demás. Por ejemplo, propiedades como el peso y el volumen no sirven para identificar clases de sustancias. Si nos dicen que una fruta tiene un volumen de 200 cm3, con este dato no podemos saber qué clase de fruta es. Las propiedades generales más importantes son:

Masa: es la cantidad de materia contenida en un cuerpo. La unidad de medida es el kilogramo (kg), pero son más empleados el gramo (g) y el rniligramo (mg). El aparato empleado para medir la masa es la balanza.

Volumen: es el espacio o lugar que ocupa un cuerpo. La unidad de volumen es el metro cúbico (m3). Otras unidades de medida son el decímetro cúbico

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(dm3) y el centímetro cúbico (cm3). También se emplea el litro, un litro equivale a 1 dm3. Para medir el volumen de un cuerpo se debe tener en cuenta si éste es sólido, líquido o gaseoso. Por ejemplo, si es un sólido y tiene forma irregular, lo más sencillo es utilizar el método de la medida por diferencia, sumergiéndolo en una probeta con agua. El volumen del cuerpo se obtiene restando del valor que marca el nivel del agua después de introducir el cuerpo, el valor que marcaba el nivel del agua antes de introducir el cuerpo.

Peso: es el resultado de la fuerza de atracción o gravedad que ejerce la Tierra sobre los cuerpos. Es proporcional a la masa, es decir, que a medida que aumenta la masa, aumenta el peso, y a medida que disminuye la masa, disminuye el peso. En el mismo lugar de la Tierra, dos cuerpos que pesan igual, tienen la misma masa. El aparato empleado para medir el peso es el dinamómetro Inercia: es la tendencia de un cuerpo a permanecer en estado de reposo o de movimiento. La inercia es proporcional a la masa. Un cuerpo que está en reposo tiende a permanecer en este estado o si está en movimiento tiende a conservar dicho movimiento a no ser que haya alguna fuerza externa que actúe sobre él. Impenetrabilidad: es la propiedad por la cual un cuerpo no puede ocupar el espacio que ocupa otro cuerpo al mismo tiempo. Divisibilidad: es la propiedad que tienen los cuerpos para fraccionarse en pedazos cada vez más pequeños. Porosidad: es la característica de la materia que consiste en presentar poros o espacios vacíos. PROPIEDADES ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS

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Las propiedades específicas dependen de la naturaleza de la materia y no de la cantidad. Por ejemplo, una lámina y un tubo de cobre, siempre tienen el mismo color y brillo, sin importar su tamaño, así como también un terrón de azúcar tiene el mismo sabor que unos pocos granos de azúcar. Las propiedades específicas por lo tanto, son características de cada sustancia y permiten diferenciar un cuerpo de otro. Las propiedades específicas o intrínsecas se clasifican en propiedades físicas y propiedades químicas. PROPIEDADES FÍSICAS Son las propiedades que se pueden determinar sin que los cuerpos varíen su naturaleza. Entre las propiedades físicas específicas se encuentran el estado físico, el punto de ebullición, el punto de fusión, la solubilidad y la densidad. Estado físico. La materia se encuentra en cuatro estados: sólido, líquido, gaseoso y plasma. En el estado sólido: los cuerpos, se caracterizan por tener forma y volumen definidos. No se dejan comprimir: Para que un sólido pierda su forma se necesita ejercer una gran fuerza sobre él.

En el estado líquido: los cuerpos se caracterizan por tener volumen definido, pero no forma propia, es decir, que su forma se ajusta a la del recipiente que los contiene. Los líquidos son muy poco compresibles.

En el estado gaseoso: los cuerpos, no tienen volumen ni forma definidos, toman la forma del recipiente que los contiene y tienden a ocupar todo el espacio disponible. Se pueden comprimir fácilmente al ejercer presión sobre ellos.

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El estado de plasma, se presenta cuando la materia está sometida a altas temperaturas, por ejemplo, en las estrellas donde la temperatura alcanza millones de grados centígrados. La mayor parte de la materia que conforma el universo se encuentra en estado de plasma. El plasma no abunda en la Tierra, existe en las capas superiores de la atmósfera, más allá de los 60 km de altura. Este plasma es el que produce las auroras boreales. El hombre ha creado plasmas artificiales como las, luces de neón y las lámparas fluorescentes. Punto de ebullición: es la temperatura a la cual un líquido hierve. Cada líquido tiene su propio punto de ebullición, por ejemplo, el agua hierve a 100°C a nivel del mar y el alcohol hierve a 78,4°C. Punto de fusión: es la temperatura a la cual una sustancia se funde. Mientras las sustancias se funden, la temperatura permanece constante, por ejemplo, si a un recipiente con agua le agregamos hielo, y éste permanece en la mezcla, la temperatura del líquido será de O°c. Si le suministramos calor, moderadamente, el hielo se fundirá poco a poco y la temperatura permanecerá constante (O°C) durante el tiempo que tarde el hielo en fundirse.

Solubilidad: es la propiedad que tienen algunas sustancias de disolverse a una temperatura determinada, en un líquido. A la sustancia líquida la llamamos solvente y a la que se disuelve soluto. El solvente más usado es el agua. La cantidad máxima de soluto capaz de disolverse en 100 cm3 de agua, a una temperatura dada, es una propiedad característica de las sustancias. Por ejemplo, en 100 cm3 de agua,"a una temperatura de 20°C, tan sólo se disuelven 6,5 g de permanganato de potasio, 20 g de carbonato

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de sodio y 36 g de sal de cocina. Por lo general, la solubilidad de una sustancia sólida o líquida aumenta a medida que se incrementa la temperatura. No todas las sustancias se disuelven en un mismo disolvente, por ejemplo, en el agua se disuelve el alcohol y la sal, pero no el aceite ni la gasolina. Densidad: es la masa en gramos que tiene un centímetro cúbico de sustancia. Por ejemplo, si cortamos una varilla de aluminio en fragmentos de 1 cm3, encontraremos que todos tienen la misma masa: 2,7 g, no importa de qué parte de la varilla tomemos la muestra. Igualmente, si tomamos diferentes muestras de agua de 1 cm3 encontramos que cada centímetro cúbico de agua tiene también la misma masa. En nuestro medio, por lo general no existen muestras de sustancias que tengan un volumen de 1 cm3. Sin embargo, se puede calcular la densidad de cualquier muestra, dividiendo el valor de la masa por el valor de su volumen. Está operación matemática se representa así:

Donde d es la densidad, m es la masa y v es el volumen. Por ejemplo, si tenemos' un trozo de hierro y encontramos que tiene una masa de 78 g Y un volumen de 10 cm3, su densidad será:

es decir, que 1 cm3 de hierro tiene una masa de 7,8 g; La unidad más usual de densidad es el gramo dividido entre centímetro cúbico (g!cm3). Muchas veces habrás oído decir que el hierro es más pesado que la madera; esto es incorrecto. En realidad, lo que ocurre es que el hierro es más denso que la madera. Por otra parte, es importante anotar que los sólidos menos densos que el agua flotan en ella; esto explica porqué el hielo flota en el agua y los más densos se hunden. Además los gases menos densos que el aire se elevan y los más densos que el aire, bajan. Otras propiedades físicas son las siguientes: Propiedades organolépticas: son aquellas que se determinan a través de las sensaciones percibidas por los órganos de los sentidos. Por ejemplo, el color (vista), el olor (olfato), el sabor (gusto) y la textura (tacto). Mediante

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estas propiedades se pueden reconocer diferentes materiales: el oro amarillo, el cloro irritante, el agua insípida, el algodón suave. Elasticidad: es la capacidad que tienen los cuerpos de deformarse cuando se aplica una fuerza sobre ellos y de recuperar su forma original cuando la fuerza aplicada se suprime, por ejemplo, las bandas de caucho. Maleabilidad: es la propiedad de algunos metales de dejarse convertir en láminas por ejemplo, la plata. Ductilidad: es la capacidad de los cuerpos para extenderse hasta formar alambres o hilos. Uno de los metales más dúctiles es el oro". Tenacidad: es la resistencia que ofrecen los cuerpos a romperse o deformarse cuando se les golpea. Uno de los materiales más tenaces es el acero. Fragilidad: es la tendencia a romperse o fracturarse. Algunos materiales como el vidrio, se fracturan y rompen con mucha facilidad. Dureza: es la resistencia a ser rayado o cortado. El mineral más duro es el diamante. PROPIEDADES QUÍMICAS Son las que determinan el comportamiento de las sustancias cuando se ponen en contacto con otras. Cuando determinamos una propiedad química, las sustancias alteran o cambian su naturaleza. Por ejemplo, cuando dejamos un trozo de hierro a la intemperie durante un tiempo, se forma sobre él un polvillo rojizo; esto se debe a que al hierro se une parte del oxígeno del medio, conformando el óxido que todos conocemos. A este proceso se le llama oxidación.

TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA TRANSFORMACIONES FÍSICAS Son aquellas modificaciones que no afectan la composición de la materia. En los cambios físicos no se forman nuevas sustancias. Se dan cambios físicos cuando ocurren fenómenos como los siguientes: El aroma de un perfume se esparce por la habitación al abrir el frasco que lo contiene. Al añadir azúcar al agua, el azúcar se disuelve en ella.

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Al introducir agua en el congelador, se convierte en hielo. En estos ejemplos, el perfume se evapora, el azúcar se disuelve y el agua se congela o se evapora. Cada una de estas transformaciones se produce sin que cambie la identidad de las sustancias; sólo cambian algunas de sus propiedades físicas por lo que se dice que ha sucedido una transformación física. También son cambios físicos, los cambios de estado, porque no se altera la composición o naturaleza de la sustancia; éstos son la fusión, la solidificación, la vaporización, la condensación y la sublimación. Fusión: es el paso del estado sólido al estado líquido.

Solidificación: es el proceso inverso a la fusión, es decir, es el cambio del estado sólido al estado líquido.

Vaporización: es el paso de líquido a gas por acción del calor

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Condensación: es el proceso inverso a la evaporación, es decir, es el cambio de gas a líquido

Sublimación progresiva: es el paso del estado sólido al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Sublimación regresiva: es el proceso inverso a la sublimación progresiva. Del estado gaseoso se pasa al estado sólido al bajar la temperatura.

Los cambios de estado son muy útiles en la industria, por ejemplo, en metalurgia se aprovechan para dar forma a un metal: primero se calienta el metal hasta que pasa al estado líquido, es decir, se funde; luego se vacía en un molde; posteriormente se enfría y se solidifica con la forma del molde.

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En la naturaleza son muy comunes los cambios de estado, el agua de ríos, mares y lagos se evapora por el calor del sol; el vapor pasa a la atmósfera, donde se enfría y condensa; con esto se produce la lluvia, y así el agua se distribuye mejor por todo el planeta. TRANSFORMACIONES QUÍMICAS Son aquellos cambios que afectan la composición de la materia. En los cambios químicos se forman nuevas sustancias. Por ejemplo cuando ocurren fenómenos como los siguientes: Un papel arde en presencia de aire (combustión) Un metal se oxida en presencia de aire o agua (corrosión), y las plantas convierten el agua y el dióxido de carbono en otras sustancias químicas complejas (fotosíntesis); podemos decir que cambió el tipo de sustancia, convirtiéndose en otra diferente: metal en óxido de metal, papel en ceniza por eso se dice que se produjo una transformación química.

En las transformaciones químicas se producen reacciones químicas. Una reacción química se da cuando dos o más sustancias reaccionan para formar otras sustancias diferentes. Es posible detectar cuándo se está produciendo una reacción química porque observamos cambios de temperatura, desprendimiento de gases, etc. Las sustancias iniciales de una reacción química se llaman reactivos, y las finales, productos. Algunas reacciones químicas son: Descomposición térmica Algunas sustancias cambian de estado cuando se calientan. Así, cuando calentamos el agua líquida hasta su temperatura de ebullición, se transforma en vapor. Ya sabemos que esta transformación es física. Sin embargo, cuando se calientan algunas sustancias, se transforman en otras diferentes dando lugar a una transformación química que se denomina descomposición térmica. La diferencia entre la ebullición y la descomposición térmica es que en la descomposición térmica se obtienen nuevas sustancias que tienen propiedades físicas y químicas diferentes de las sustancias originales. Por

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ejemplo, cuando se calienta sulfato de cobre hidratado (sustancia de color azul) se descompone en otras dos sustancias: el sulfato de cobre de color blanco yagua. El cambio de color muestra la evidencia de que se produjo una reacción química. Al calentar el carbonato de calcio se observa que se desprende un gas que enturbia el agua de cal. Para que las reacciones de descomposición tengan lugar es necesario realizar un aporte de energía en forma de calor; Las reacciones químicas que necesitan energía para producirse se denominan reacciones endotérmicas.

Combustión Materiales como el papel, la madera, los plásticos, el carbón, la gasolina, etc., se queman, es decir, arden en el aire porque reaccionan con el oxígeno en presencia de calor. Estas reacciones se denominan de combustión y cuando se producen, se desprende una gran cantidad de energía. Por ejemplo, al calentar la gasolina puede ocurrir un cambio de estado, de líquido a vapor. Sin embargo, la gasolina arde con el aire produciendo otras sustancias diferentes. La combustión de la gasolina es una reacción química. P9demos decir entonces, que la combustión es una reacción química en la que se desprende energía en forma de luz y calor. Las reacciones de este tipo se denominan reacciones exotérmicas.

Reacciones de los metales con el oxígeno Los metales puros presentan un aspecto brillante en su superficie que se denomina brillo metálico. Estas superficies metálicas acaban por perder el brillo si se exponen a la acción del aire. Los metales más comunes como el hierro, el sodio, el mercurio, el aluminio, el cobre, el cinc, etc., reaccionan con el oxígeno puro o con el oxígeno que está presente en el aire para formar óxidos metálicos. Por ejemplo, al combinarse con el oxígeno, el hierro forma óxido de hierro; el sodio forma óxido de sodio y el mercurio forma óxido de

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mercurio. Cuando el aluminio y el cobre se oxidan, el óxido forma una capa en su superficie que impide una nueva oxidación del metal; sin embargo, el hierro, al oxidarse, da lugar a un óxido de hierro poroso que no lo protege; la reacción de oxidación continúa y, al cabo de cierto tiempo, todo el metal se ha transformado en óxido de hierro. Otros metales, como el magnesio, arden en el aire dando lugar a una nueva sustancia blanca llamada óxido de magnesio. El oro, la plata y el platino no reaccionan con el oxígeno. Algunas aleaciones metálicas, como el acero inoxidable, no se oxidan fácilmente, son muy resistentes a la corrosión.

FORMAS DE LA MATERIA LAS SUSTANCIAS PURAS Como ya sabes, la sustancia de la cual están hechos los cuerpos se llama materia. La materia puede presentarse como una sustancia pura o como una mezcla. Una sustancia pura es cualquier clase de materia que tiene composición fija y presenta propiedades definidas y reconocibles. Por ejemplo, al analizar una muestra pura de sal común siempre encontramos los mismos valores para propiedades tales como la solubilidad (36 g/100 cm3 a

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20°C), la densidad (2,16 g/cm3) y el punto de fusión (801°C). Los valores de las propiedades específicas de las sustancias puras siempre son los mismos. Según la composición química, las sustancias puras se clasifican en: sustancias simples o elementos químicos, y sustancias compuestas o compuestos químicos. ELEMENTO QUÍMICO Un elemento químico es una sustancia pura, que no puede descomponerse en otras más sencillas que ella. Por ejemplo, el hierro, el oro, el oxígeno, el cobre, el sodio, entre otros, son elementos químicos, ya que no pueden descomponerse en otras sustancias diferentes a ellos. De los 118 elementos que se encuentran clasificados hasta ahora, 90 existen en la naturaleza; los restantes son elementos artificiales o sintéticos, es decir, se han obtenido por métodos artificiales en un laboratorio. Los elementos químicos se representan mediante símbolos. En algunos casos el símbolo corresponde a la letra inicial del nombre del elemento, por ejemplo, carbono (C) y oxígeno (O). En otros casos, se simboliza con la letra inicial del elemento en mayúscula, seguida por una segunda letra del nombre que siempre es minúscula, por ejemplo, cesio (Cs) y magnesio (Mg). Hay algunos elementos cuyos nombres latinos o griegos no coinciden con los nombres en español del elemento, por ejemplo, el hierro (Fe), del latín ferrum. Los elementos químicos se clasifican en dos grandes grupos: los metales y los no metales. Los metales, como el hierro, el cobre, el oro y el plomo, presentan las siguientes características: - Son sólidos a temperatura ambiente, a excepción del mercurio que es líquido. - Son buenos conductores, tanto del calor como de la corriente eléctrica. - Presentan brillo metálico. - Son dúctiles y maleables. Los no metales, como el yodo, el helio y el oxígeno presentan las siguientes propiedades: - Son, en su mayoría, líquidos o gases a temperatura ambiente. - Son malos conductores, tanto del calor como de la electricidad. Algunos elementos se consideran metaloides porque presentan características tanto metálicas como no metálicas. El silicio (Si), el germanio (Ge) yel antimonio (Sb) son ejemplos de estos elementos. COMPUESTO QUÍMICO Un compuesto químico es una sustancia pura, formada por la combinación de dos o más elementos químicos, y que, por tanto puede descomponerse

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en otras sustancias simples. Por ejemplo, la sal común (NaCl) es un compuesto químico ya que se puede descomponer en sus elementos: cloro (Cl) y sodio (Na). El ácido clorhídrico (HCl), también puede ser descompuesto en sus elementos: hidrógeno y cloro. Así, como los elementos se representan mediante símbolos, los compuestos se representan por medio de fórmulas. Una fórmula química muestra los símbolos de los elementos que forman el compuesto, y la proporción que existe entre ellos, es decir, señalan su composición química. Por ejemplo, la fórmula de agua es H20, lo que indica que esta sustancia está formada por hidrógeno y oxígeno en una proporción de 2:1. Los compuestos dependiendo del número de elementos que los constituyen, se pueden clasificar en binarios, temarios y cuaternarios.

Compuestos binarios: cuando están constituidos por dos elementos, como en el caso del dióxido de carbono (C02) y el cloruro de sodio (NaCl). Compuestos ternarios: cuando están constituidos por tres elementos, como en el caso del hipoclorito de sodio (NaClO) y el cromato de potasio (K2CrO4) Compuestos cuaternarios: cuando están constituidos por cuatro elementos, como en el caso del nitrobenceno (C6H5NO2) Los compuestos también se pueden clasificar, según el tipo de elemento constituyente, en compuestos inorgánicos, orgánicos y organometálicos.

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Los compuestos orgánicos: son aquellos que tienen al carbono como elemento central. Los carbohidratos, los lípidos y las proteínas son ejemplos de compuestos orgánicos. Los compuestos inorgánicos: son aquellos que no tienen al carbono como elemento central. El agua (H20) y el cloruro de sodio (NaCl) son ejemplos de compuestos inorgánicos. Los compuestos organometálicos: se caracterizan por ser el enlace entre los compuestos orgánicos y los compuestos inorgánicos. LAS MEZCLAS Una mezcla es la reunión de dos o más sustancias en proporciones variables y en donde las propiedades de las sustancias que la componen permanecen constantes. El hierro y el azufre, el agua y la arena, la sal y la limadura de hierro, constituyen ejemplos de mezclas. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas: Las mezclas homogéneas: son aquellas en las que sus componentes no se pueden distinguir a simple vista. Por ejemplo, el aire es una mezcla homogénea conformada principalmente por oxígeno, nitrógeno y gas carbónico. Las mezclas heterogéneas: son aquellas en las que sus componentes se pueden distinguir a simple vista. Por ejemplo, el granito es una mezcla heterogénea compuesta por cuarzo, feldespato y mica.

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SOLUCIONES O DISOLUCIONES Son mezclas líquidas homogéneas, formadas por dos o más sustancias que reciben el nombre de disolvente y soluto. El disolvente o solvente es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad, es decir, es la fase dispersante. El solvente más común es el agua. El soluto es la sustancia que se encuentra en menor cantidad; constituye la fase dispersa. Las soluciones se pueden clasificar según el estado físico que presenten la fase dispersa y la fase dispersante, y según la cantidad de soluto de la solución. Según el estado físico Según el estado físico las soluciones pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas

Según la cantidad de soluto

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Dependiendo de la cantidad de soluto que contienen, las soluciones pueden ser diluidas o concentradas. - Las soluciones diluidas se presentan cuando el soluto se encuentra en pequeñas cantidades. . - Las soluciones concentradas se presentan cuando el soluto se encuentra en grandes cantidades. COLOIDES Son mezclas heterogéneas formadas por una sustancia que se encuentra en menor concentración, llamada fase dispersa, y el medio donde se encuentra dicha sustancia, llamada fase dispersante. La fase dispersa es insoluble en la fase dispersante, por ejemplo en la leche, las partículas de grasa constituyen la fase dispersa y el agua la fase dispersante. Los coloides se pueden clasificar de acuerdo con el estado físico de la fase dispersa y de la fase dispersante.

Algunos ejemplos de coloides son: la leche, los flanes, los helados, el cemento, las emulsiones y las pomadas.

SUSPENSIONES

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Son mezclas heterogéneas en las cuales se aprecia fácilmente la separación de las fases. Por lo general, están formadas por una fase dispersa sólida insoluble en la fase dispersante líquida. Por ejemplo, en la mezcla de agua con arena se distinguen los elementos que la forman. Las suspensiones no son estables, es decir, las partículas de la fase dispersa se sedimentan después de cierto tiempo de permanecer en reposo. Al agitar la mezcla, es posible volver a suspender las partículas. Algunos ejemplos de suspensiones son las pinturas de agua y la mezcla de arena, agua y cemento que se emplea en construcción. SEPARACIÓN DE MEZCLAS Para separar las sustancias que forman una mezcla, se utilizan diferentes métodos basados en las propiedades de las sustancias. Veamos. SEPARACIÓN MANUAL O CRIBADO Este método se emplea cuando en una mezcla heterogénea el tamaño de los sólidos que componen la mezcla es lo suficientemente grande. Por ejemplo, podemos separar por este método arroz y fríjoles. Si el tamaño del grano entre los sólidos es muy diferente, se puede utilizar un tamiz; esta técnica recibe el nombre de cribado.

FILTRACIÓN Este procedimiento se emplea cuando una de las sustancias de la mezcla heterogénea se encuentra en estado sólido y la otra en estado líquido. Consiste en dejar pasar la mezcla por un filtro, el cual es un papel especial de material poroso que deja pasar el líquido y retiene las sustancias sólidas que se encuentran en forma de grano grueso o polvo muy fino. En una filtración se llama residuo lo que queda en el papel de filtro, y filtrado lo que pasa a través de éste. Este es un método muy empleado en el laboratorio, la

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industria, en el tratamiento de aguas residuales y en el hogar, donde se usan coladeras y filtros para preparar café.

DECANTACIÓN O SEDIMENTACIÓN Es uno de los métodos de separación más sencillos que existen. Se basa en la diferencia de densidad de las sustancias que componen la mezcla. Por decantación se pueden separar los componentes de mezclas formadas por un sólido y un líquido, por ejemplo, agua y barro. También se utiliza para separar las mezclas de líquidos no miscibles, como, por ejemplo, una mezcla de aceite yagua.

Para separar una mezcla de un sólido con un líquido, se deja reposar la mezcla heterogénea hasta que el sólido se precipite, es decir, se deposite en el fondo del recipiente. Para separar dos líquidos, se utiliza el embudo de separación.

EVAPORACIÓN

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Este método se basa en el hecho de que algunas sustancias se evaporan cuando se exponen al aire o se calientan moderadamente, mientras que otras no lo hacen. Por ejemplo, si calentamos en un recipiente agua salada, al cabo de cierto tiempo el agua se habrá evaporado y en el fondo del recipiente sólo quedará la sal.

CRISTALIZACIÓN Es un método de purificación de un sólido mezclado con otras sustancias. La mezcla sólida puede estar compuesta por dos sólidos o por un sólido y un líquido. La cristalización se basa en la diferente solubilidad que tienen los sólidos en los disolventes a diferentes temperaturas. El sólido se disuelve sólo cuando la temperatura es alta. Para ser separada, la mezcla se disuelve en un líquido caliente; posteriormente esta mezcla líquida se enfría. El sólido purificado se cristaliza y deposita en el fondo. Las impurezas quedan disueltas en el líquido. Para separar el sólido cristalizado se emplea el método de filtración. La cristalización es uno de los métodos más empleados en la industria química para purificar sólidos, sobre todo en farmacéutica, donde es necesario un alto grado de pureza de las sustancias.

DESTILACIÓN Es el método de separación de una mezcla homogénea, en la cual, por lo menos, uno de los componentes es líquido.

Se basa en las diferencias que hay entre los puntos de ebullición de las sustancias que componen la mezcla. Por ejemplo, para separar una mezcla de sal yagua calentamos la mezcla, hasta que el agua que contiene se evapora. Los

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sólidos disueltos en el agua quedan en el recipiente donde se realiza la destilación. El agua evaporada se pasa por un refrigerante, donde se enfría y condensa; éste es el destilado y se recoge en un colector. La temperatura de la mezcla durante la destilación no permanece constante porque no es una sustancia pura. Este método sólo se puede emplear con sustancias que no se descomponen con el calor. La destilación se emplea en laboratorios e industrias para la purificación de disolventes como-el agua, el alcohol, el éter y el cloroformo. SUBLlMACIÓN Es un método que se usa para separar una mezcla heterogénea sólida, es decir, compuesta por dos sólidos. Para llevar a cabo la separación por este método es necesario que uno de los componentes se sublime (pase del estado sólido al estado gaseoso directamente, sin necesidad de pasar antes por el estado líquido) y los otros componentes no; y que no se descompongan con el calor. Por ejemplo, se puede separar la mezcla de yodo y sal por este método, ya que el yodo sublima y la sal no es afectada por el calor; sin embargo, no se puede separar por sublimación la mezcla de yodo y azúcar porque el azúcar se descompone al calentarse. La mezcla sólida se coloca en un recipiente cerrado para evitar que los vapores del sólido sublimable escapen; cuando se calienta la mezcla, el sólido sublimable pasa al estado gaseoso, y en contacto con una superficie fría solidifica nuevamente. El método de sublimación se emplea en los laboratorios químicos para purificar el yodo, la naftalina y algunas materias primas necesarias para la elaboración de fármacos. CROMATOGRAFÍA Es un método que se aplica para la separación de mezclas líquidas o gaseosas, compuestas por un líquido y un sólido o dos líquidos o gases. Este método se basa en el fenómeno de adsorción. La adsorción es un fenómeno físico en el cual las partículas de un sólido, líquido o gas se adhieren a la superficie de un sólido, al que se le llama sustancia adsorbente. La mezcla que se quiere separar se pone en contacto con un adsorbente; éste puede ser papel secante o un sólido poroso, finamente pulverizado, que se encuentra en una columna de vidrio o formando una película delgada sobre una placa de vidrio. El adsorbente atrae las partículas de cada componente de la mezcla con fuerza diferente. Una vez que se ha adsorbido la mezcla, se hace

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pasar un disolvente por el adsorbente, el cual arrastrará los componentes de la mezcla a diferente velocidad, permitiendo su separación. Este método, que permite la separación e identificación de los componentes de una mezcla, se usa ampliamente en los laboratorios químicos y de análisis clínicos para identificar los componentes de una mezcla. Actualmente se emplean técnicas cromatográficas para la purificación de aguas residuales. ELECTRÓLISIS Es un método que se emplea para la separación de sustancias puras en estado líquido. Consiste en el paso de la corriente eléctrica a través de una sustancia en estado líquido (disuelta o difundida). Para lograr el paso de la corriente eléctrica se introducen dos hilos conductores en el recipiente que contiene la sustancia líquida y se conecta a una pila. Los conductores que están dentro del líquido se llaman electrodos. Los electrodos suelen ser de grafito o platino. El paso de la corriente a través de sustancias puras en estado líquido (diluidas o fundidas) permite descomponer la sustancia pura en otras que ya no se pueden descomponer más. En los laboratorios químicos y en la industria se emplean, dentro de un mismo proceso, varios métodos de separación de mezclas para la purificación de compuestos.

ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA La estructura de la materia preocupó a los filósofos griegos en el siglo V antes de nuestra era. Existían entonces dos tendencias contrapuestas: unos, como Aristóteles, creían que la materia era continua, mientras que otros,

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como Demócrito, decían que la materia estaba compuesta de partículas pequeñísimas llamadas "átomos", palabra griega que significa no divisible. Estas explicaciones no estaban basadas en la experimentación y de ellas lo único que se conservó fue el nombre de "átomo". Fue el químico y físico inglés John Dalton quien, en 1803, recogiendo datos de los trabajos de otros químicos y los suyos propios, propuso una teoría en la cual planteaba que la materia estaba constituida por partículas pequeñísimas llamadas átomos. Además, consideraba que todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo peso y que elementos diferentes poseen átomos con pesos diferentes. EL ÁTOMO De acuerdo con Dalton, las partículas que forman los elementos se denominan átomos. El átomo es la porción más pequeña de un elemento que conserva las mismas propiedades de dicho elemento. Como hay más de un centenar de elementos distintos, existe por lo mismo esa misma cantidad de átomos diferentes. Las partículas que forman los compuestos se denominan moléculas. Las moléculas están formadas por la unión de dos o más átomos; por eso un compuesto se puede dividir en sustancias simples o elementos. La molécula es la porción más pequeña que conserva las propiedades químicas de un compuesto. El agua, por ejemplo, es un compuesto químico cuyas moléculas están formadas cada una por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. ESTRUCTURADELÁTOMO El átomo no es una partícula indivisible como se creía antiguamente, sino que está formada por una serie de elementos más simples que él, llamados partículas subatómicas o partículas fundamentales. Las partículas sub-atómicas más importantes son los electrones, los protones y los neutrones. Los electrones son partículas muy pequeñas que poseen carga eléctrica negativa. Se representa por el símbolo e-. .Los protones, aunque pequeños, tienen una masa 1.836 veces mayor que la del electrón. Tienen carga eléctrica positiva y se representan con el símbolo p+. Los neutrones tienen una masa aproximadamente igual a la de los protones, pero no presentan ningún tipo de carga eléctrica, es decir, son neutros y se representan con el símbolo n. El átomo está constituido por un núcleo y una corteza o periferia. El núcleo está formado por los protones y los neutrones. La corteza o periferia está formada por los electrones, los cuales se mueven alrededor del núcleo describiendo órbitas. El núcleo del átomo posee carga

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positiva debido a la presencia de los protones, mientras que la corteza posee carga negativa debido a la presencia de los electrones. EVOLUCIÓN DEL MODELO ATÓMICO

Un modelo atómico es una representación imaginaria del interior de los átomos. Los griegos Leucipo (450 años antes de nuestra era) y su discípulo Demócrito (460 a 370 a. de C.) creían que toda la materia estaba formada por las mismas partículas, diminutas e indivisibles, a las cuales llamaron "átomos", que significa "sin división". DALTON Y SUS POSTULADOS Después de muchos planteamientos acerca de la constitución de la materia, en el año 1809, el científico inglés John DaIton (1766-1844), rescató las ideas formuladas por Demócrito y Leucipo. La teoría de Dalton se conoce como la primera teoría atómica. Esta comprende tres postulados: Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento tienen pesos y propiedades iguales, pero son diferentes de los átomos de los demás elementos. Los átomos de distintos elementos se pueden unir entre sí, en proporciones numéricas simples. Dalton imaginaba a los átomos como diminutas esferas compactas e indivisibles. Hoy se sabe que el átomo es diferente, pero esta teoría permitió el desarrollo de la ciencia en el siglo XIX.

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MODELO ATÓMICO DETHOMSON Hacia el año 1897, Joseph Thomson (1856-1940), descubrió que el átomo no era indivisible tal como decía Dalton. Al someter una lámina metálica colocada dentro de un tubo de vidrio a la corriente eléctrica, Thomson observó que se desprendían de ella ciertas partículas, las cuales eran atraídas por el polo positivo. Este evento le hizo suponer la existencia de partículas más pequeñas que el átomo, las cuales al ser atraídas por el polo positivo, deberían tener carga eléctrica negativa. A estas partículas, las llamó electrones. En la misma época y basándose en los mismos experimentos, Eugen Goldstein (1850-1930), descubrió otras partículas de naturaleza positiva a las que llamó protones. . A partir estos resultados, Thomson planteó que el átomo es la unidad fundamental de la materia, formado por partículas positivas y negativas, y lo imaginó como una esfera de carga eléctrica positiva, en cuyo interior estaban distribuidos los electrones, en igual número que los protones, los cuales anulaban sus cargas entre sí.

Con este modelo, Thomson modificó el modelo de Dalton, que consideraba el átomo como una esfera indivisible. MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD En 1911, el científico neozelandés Ernest Rutherford (1871-1937), cuestionó el modelo de Thomson, al considerar que si el volumen del átomo estuviera ocupado completamente por partículas positivas o protones y partículas negativas o electrones, ninguna otra partícula podría atravesado. Ciertos elementos considerados radiactivos corno el uranio y el polonio, son capaces de emitir rayos con características especiales. Rutherford, apoyado en este conocimiento, utilizó en sus experimentos el polonio, que emite rayos

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o partículas alfa. Al someter una lámina de metal a la acción de estos rayos, observó que la mayoría de éstos atravesaban la lámina, algunos desviaban su curso y unos pocos eran rechazados. Basado en estos resultados, Rutherford dio a conocer su modelo en el cual el átomo presenta dos zonas, una central o núcleo, y otra alrededor de ésta llamada corteza. En el núcleo se ubican los protones y en la corteza se distribuyen y giran los electrones al igual que los planetas alrededor del Sol; por esta razón se le dio el nombre de modelo planetario. El núcleo a su vez acumula toda la masa representada por los protones, mientras que la corteza es considerada en su mayor parte como espacio vacío.

MODELO ATÓMICO DE BOHR En 1913, el científico danés Niels Bohr (1885-1962) mejoró el modelo de Rutherford, ya que en éste no se explicaba la razón por la cual los electrones no caían al núcleo. Bohr planteaba que una partícula cargada, corno el electrón, que se mueve alrededor de una zona también cargada, debería ir perdiendo energía hasta caer dentro del núcleo. Además, al tener cargas eléctricas opuestas, hay una atracción entre el núcleo y los electrones. El modelo de Bohr postula que el movimiento de los electrones está condicionado a ciertas órbitas de energía .definida. Las

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órbitas descritas por un electrón o grupo de electrones tienen una determinada distancia al núcleo. Así, cuanto más lejos se encuentre un electrón del núcleo, mayor será su energía.

Para Bohr, los electrones juegan un papel fundamental dentro del átomo: son los responsables de los cambios químicos y de que la energía se libere o se absorba. Es decir, a los electrones debemos la síntesis de compuestos químicos y la producción de radiaciones tan espectaculares corno los rayos X y los láser.

MODELO ACTUAL DEL ÁTOMO El modelo de Bohr fue reemplazado por el modelo cuántico, basado en la teoría cuántica; esta teoría, base de las teorías químicas actuales, se encuentra fundamentada en los siguientes puntos:

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Las partes del átomo. El átomo está formado por estas partículas: protón, neutrón y electrón. El comportamiento dual del electrón. Basándose en sus propias investigaciones, el francés Louis V .de Broglie (1892-1987) postuló, en 1924, la hipótesis de que los electrones se pueden comportar como partículas, es decir, como materia, y como ondas, es decir, como energía. El principio de incertidumbre de Heisenberg. El físico alemán, Werner Heisenberg (1901-1976) propuso en 1927 que el electrón no se mueve en órbitas fijas, sino en una región del espacio. La ecuación de Schrodinger. El físico austriaco Edwin Schrodinger (18871961) calculó la energía que poseen los electrones en los diferentes niveles energéticos y propuso una ecuación para determinar la probabilidad de encontrar el electrón en una región del espacio cercana al núcleo. Hipótesis de Planck. Max Planck propuso que la cantidad de energía que gana o pierde un electrón en un átomo sólo puede tener ciertos valores, denominados cuantos de energía, y no puede tener ningún otro valor. Para entender el concepto de cuanto usaremos el siguiente ejemplo: cuando se quiere endulzar una taza de café se puede usar una azucarera o cubos de azúcar. En el primer caso se puede agregar cualquier cantidad de azúcar, con los cubos siempre será una cantidad fija, es decir, en forma de cuantos. Con base en los estudios realizados por los científicos antes mencionados, se desarrolló un modelo atómico, donde se propone que en el núcleo se encuentran los protones y neutrones y alrededor irán los electrones. En este modelo, a diferencia del de Bohr, los electrones no tienen una órbita definida, sino que se mueven en una región del espacio o nube que rodea al

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núcleo, llamada orbital. Un orbital es una región del átomo en la que la probabilidad de encontrar un electrón, con cierta energía, es muy elevada.

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Nombre:__________________________________Fecha:________Ciclo:___ 1. Encuentra la definición de cada uno de los siguientes conceptos. a. Punto de ebullición. b. Combustible. c. Fenómeno químico. d. Masa. e. Sublimación progresiva.

( ) El cuerpo que arde o se quema. ( ) Descomposición de la carne. ( ) Paso de sólido a gas. ( ) Temperatura a la cual hierve un líquido. ( ) Cantidad de materia de un cuerpo.

2. Escribe al frente de cada enunciado (F) si se trata de un cambio físico o (Q) si se trata de un cambio químico. a. Ciclo del agua. b. Fotosíntesis. c. Fermentación de la leche. d. Aire en movimiento. e. Combustión.

( ( ( ( (

) ) ) ) )

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3. Establece las diferencias que hay entre: a. Propiedades generales y propiedades específicas. b. Propiedades físicas y propiedades químicas. c. Fusión y solidificación. d. Condensación y ebullición. 4. Completa el siguiente cuadro, clasificando las propiedades que aparecen a la derecha. Masa Peso Volumen Tamaño Forma

Temperatura Punto de fusión Dureza Sabor Solubilidad

5. A partir de la expresión matemática d = mlv se puede calcular la densidad de un cuerpo o de una sustancia, conociendo los datos sobre su masa y su volumen. De la misma forma se puede calcular la masa del cuerpo conociendo su densidad y volumen; y el volumen conociendo la densidad y la masa, respectivamente, con lo cual se obtienen las siguientes expresiones: m = d .v

y

v = m/d.

Utilizando la expresión matemática adecuada resuelve los siguientes ejercicios: a. La masa de un anillo de oro es de 30 g Y el volumen es de 1,5 cm3. ¿Cuál es la densidad del anillo? b. Un cubo de hielo tiene un volumen de 10 cm 3. Si la densidad del hielo es de 0,92 g/cm3, ¿cuál es la masa del cubo de hielo? c. La densidad de una sustancia es de 0,81 g/cm3. ¿Cuál será el volumen de 40,5 g de sustancia? 6. Contesta: a. ¿Por qué el agua de mar es salada y el agua de los ríos no?

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b. ¿Por qué a veces notamos que el agua corriente de un lugar tiene sabor diferente a la del lugar donde vivimos? c. ¿Por qué un cubo de hielo flota en agua pero en alcohol se hunde?

7. Establece las diferencias que hay entre: a. Elemento y compuesto. b. Mezcla homogénea y mezcla heterogénea. c. Disolución y suspensión. d. Soluto y solvente. 8. Menciona los métodos que utilizarías para separar los componentes de las siguientes mezclas. Justifica tu respuesta. a. Aceite y agua. b. Arena y agua. c. Hierro, aserrín y agua. 9. Completa la siguiente tabla.

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10. Indica cuál de los siguientes procedimientos es el más adecuado para separar una mezcla de sal, azufre y gasolina. Justifica tu elección y explica por qué rechazas cada uno de los otros. a. Calentar para que la gasolina se evapore y separar después la sal y el azufre añadiendo agua. Al filtrar quedaría el azufre en el papel y se separaría la sal del agua por evaporación del agua. b. Filtrar para separar la gasolina de los dos sólidos. Añadir agua sobre el mismo filtro para que se disuelva la sal y separada del azufre por filtración. Recuperada dejando evaporar el agua. c. Filtrar para separar la gasolina de los dos sólidos. Añadir sulfuro de carbono sobre el filtro para disolver el azufre por evaporación del sulfuro de carbono. d. Calentar para que primero se evapore la gasolina y después funda el azufre, que se separaría de la sal por filtración. 11. El siguiente diagrama representa un aparato que se utiliza para destilar agua salada:

a. Explica por qué el bulbo del termómetro debe ser colocado justo enfrente de la entrada del condensador. b. Observa por dónde debería entrar el agua en el condensador (A o B) y explica por qué. c. Explica la razón por la cual hay que utilizar trocitos de piedra porosa para facilitar la ebullición.

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d. ¿Cómo se puede saber que el destilado es agua pura? e. ¿Por qué no es posible eliminar la sal del agua mediante filtración simple de la disolución? 12. Una persona, al estudiar las propiedades de una sustancia química desconocida, X, obtiene los siguientes resultados: X es un sólido blanco a temperatura ambiente. Tiene un punto de fusión de 200°C. Se disuelve en agua para dar una disolución coloreada. Forma un sólido blanco al calentada en el aire. Como resultado de las pruebas anteriores, esta persona afirma que X no es un elemento. Indica si crees correcta esta conclusión y explica tus razones. 13. Analiza: a. Si te dan en dos tubos de ensayo una sustancia pura en estado líquido y una solución líquida, ¿cómo podrías decir experimentalmente, cuál es la sustancia pura y cuál la solución? b. Si te presentan un compuesto en estado sólido y una mezcla de dos sólidos, homogénea a simple vista, ¿qué métodos de separación se podrían aplicar para identificar la mezcla y el compuesto puro? 14. Establece las diferencias que hay entre: a. Elemento químico y átomo. b. Elemento químico y molécula. c. Átomo y molécula. 15. Coloca en el paréntesis de la columna A el número de la columna B, según corresponda. Columna A ( ) Modelo atómico de Bohr. ( ) Modelo atómico de Thomson. ( ) Modelo atómico de Rutherford. ( ) Modelo atómico de Dalton. Columna B

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1. Los átomos indestructibles.

son

diminutas

esferas

compactas,

indivisibles

e

2. El átomo es una esfera en cuyo interior se encuentran cargas eléctricas positivas y cargas eléctricas negativas. 3. El átomo tiene una zona central en donde están los protones y los neutrones, y una zona llamada corteza en donde se hallan los electrones. 4. Los electrones giran alrededor del núcleo pero no en órbitas fijas.

16. Establece la relación que existe entre los términos que aparecen a continuación. Carga negativa Electrón Compuesto Carga neutra Símbolo p+ Carga positiva Neutrón

Núcleo Corteza Símbolo eÁtomo Molécula Símbolo n

17. Compara los diferentes modelos atómicos y completa el siguiente cuadro:

18. Observa el esquema y de acuerdo con él, responde las preguntas que aparecen a continuación:

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a. ¿Qué nombre reciben las partículas indicadas como (+), (-) y (O)? b. ¿En qué región se encuentran las partículas (+)? c. ¿En qué región se encuentran las partículas (-)? d. ¿En qué región se encuentran las partículas (O)? 19. Responde: a. Los modelos atómicos describen cómo son los átomos y explican su comportamiento. ¿Por qué han existido diversos modelos para explicar la estructura del átomo a lo largo de la historia? b. La formulación de un nuevo modelo, ¿supone un fracaso de la ciencia, o bien, un signo de progreso de la misma? ¿Por qué? 20. El neumático de una bicicleta, o una bomba, se desinflan al cabo de cierto tiempo, aún sin estar pinchados. a. ¿Por qué sucede esto? b. ¿Por qué este comportamiento nos permite afirmar que la materia está formada por partículas muy pequeñas? 21. ¿Qué experiencias realizarías para demostrar que sólidos como el azúcar y una tiza están formados por una agrupación de partículas? 22. ¿Por qué los electrones no son rechazados por el núcleo del átomo y pueden girar alrededor de él?

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