OBJETIVO.- Analizar la relacin entre materia y energa a partir de sus propiedades para comprender su vinculacin con los fenmenos fsicos y qumicos de su entorno. Materia: Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio, por tanto, tiene masa y volumen. Clasificacin de la materia.-

Estados de agregacin molecular.Los estados de agregacin molecular se refieren a los estados de la materia. Estados de la materia Forma Volumen Compresibilidad Fuerza entre sus partculas Ejemplo Slido Definida Definido Lquido Del recipiente Definido Gaseoso Del recipiente Del recipiente Alta Casi nula Aire

Despreciable Muy poca Muy fuerte Azcar Media Gasolina

Cambios de estado.-

Sustancia pura que no puede descomponerse en otras ms sencillas. ELEMENTO: Ejemplos: Plata, oro, nquel, estroncio, oxgeno, helio, etc.

TOMO:

Partcula ms pequea de un elemento que conserva sus propiedades.

Los nombres de los elementos se representa mediante smbolos. Existen dos reglas para escribir un smbolo correctamente: Si el smbolo es una sola letra, sta debe ser mayscula. Ejemplos: C (carbono), H (hidrgeno), S (azufre), etc. Si el smbolo tiene dos o tres letras la primera es mayscula y las dems son minsculas. Ejemplos: Na (sodio), Hg (mercurio), Cl (cloro), COMPUESTO: Sustancia pura que se puede descomponer por medio qumicos en dos o mas sustancias diferentes. Est formado por dos o ms elementos. Ejemplos: Na2CO3 (carbonato de sodio), HNO3 (cido ntrico), SO3 (trixido de azufre), Fe2O3 (xido de hierro III), etc. MOLCULA: Es la partcula ms pequea de un compuestos que conserva sus propiedades. Las mezclas estn formados por dos o ms sustancias puras (elementos y/o compuestos), pero su unin es solo aparente, ya que los componentes no pierden sus caractersticas originales. Ejemplos: Agua de limn, azufre y azcar, latn, bronce, agua de mar, etc.

MEZCLAS:

Cuadro comparativo entre mezclas y compuestos.-

Caracterstica Composicin

Mezcla Puede estar formada por elementos, compuestos o ambos en proporciones variables. La separacin se puede hacer mediante procedimientos fsicos. Los componentes no pierden su identidad.

Compuesto Formados por dos o ms elementos en proporcin de masa definida y fija. Los elementos solo se pueden separar por mtodos qumicos. No se asemeja a los elementos de los que est formado.

Separacin de componentes Identificacin de los componentes

Mezclas homogneas.Mezclas heterogneas.-

Tiene las misma composicin en toda su extensin. No se pueden distinguir sus componentes. Se pueden distinguir sus componentes a simple vista. Estn formadas por dos o ms fases.

Tabla comparativa de ejemplos. Mezcla heterognea Agua y arena Sopa de verduras Yoghurt con frutas Mosaico de granito Madera

Elementos Lingotes de oro

Compuestos Sal de mesa (NaCl) Alcohol etlico (C2H6O) Acetona (C3H6O) Agua (H2O)

Mezcla homognea Agua de mar T de manzanilla Alcohol y agua Aire (nitrgeno y oxgeno principalmente) Bronce (cobre y estao)

Papel de aluminio Azcar (C12H22O11) Flor de azufre Alambres de cobre

Clavos de hierro

Ley de las proporciones definidas.- Establece que un compuesto puro siempre contiene los mismos elementos exactamente en las mismas proporciones de masa.

Ejemplo: Cualquier muestra de sal pura (cloruro de sodio), contiene39.93% de sodio y 60.7% de cloro en masa. PROPIEDADES FSICAS Y QUMICAS Las propiedades fsica y qumicas de las sustancias nos permiten diferenciar unas de otras. Propiedades fsicas.- Son aquellas que se pueden medir u observar sin alterar la composicin de la sustancia. Ejemplo: Color, olor, forma, masa, solubilidad, densidad, punto de fusin, etc. Propiedades qumicas.- Son aquellas que pueden ser observadas solo cuando una sustancia sufre un cambio en su composicin. Dentro de estas propiedades se encuentra el que una sustancia pueda reaccionar con otra. CAMBIOS FSICOS Y CAMBIOS QUMICOS

Cambios fsicos.- Se presentan sin que se altere la composicin de la sustancia. Ejemplos: los cambios de estado, cortar, picar, romper, pintar de otro color, etc. Es importante distinguir entre la propiedad y el cambio. Ejemplos: Propiedad fsica Punto de fusin Solubilidad Tamao Cambio fsico Fusin de una sustancia Disolver una sustancia Cortar un material

Cambios qumicos.- Se presenta solo cuando la composicin de la sustancia se modifica. Ejemplos: La oxidacin de hierro, la fermentacin, la putrefaccin, la digestin de los alimentos, la produccin de una sustancia nueva, etc. Aqu tambin es importante distinguir entre el cambio y la propiedad. Propiedad qumica Combustin Electrlisis del agua Cambio qumico Quemar un papel Separar los componentes del agua

EJERCICIO.- Escriba en el parntesis la(s) letra(s) que correspondan de acuerdo a la clave mostrada a continuacin: propiedad fsica propiedad qumica cambio fsico cambio qumico

elemento E: compuesto C: mezcla MH: homognea MT: mezcla heterognea

PF: PQ: CF: CQ:

() () () () () () () () () () ()

Alambres de platino El azufre es amarillo Vapor de agua Abrir un refresco Los gases nobles no reaccionan fcilmente Preparar tepache Enranciamiento de la mantequilla El sodio y el agua reaccionan en forma violenta. Carbonato de calcio (CaCO3) Hervir un caldo de pollo Fotosntesis

() () () () () () () () () () ()

Arroz con chcharos La respiracin Punto de ebullicin Bixido de carbono (CO2) Disolver un jarabe de jamaica en agua La leche fuera del refrigerador se pone agria. Prepara hielos Al reaccionar sodio y cloro se forma sal. El mercurio de un termmetro Aserrado de madera El sol brilla cada maana.

()

La lluvia

()

Acero

ENERGA.Todos los cambios fsicos y qumica estn acompaados de energa. Ejemplos: Para un cambio de estado la sustancia debe absorber o liberar energa, tu cuerpo necesita energa para realizar sus actividades diarias, el automviles necesitan energa para moverse y funcionar, los aparatos elctricos necesitan energa para funcionar, etc. En todos los procesos la energa est presente de alguna forma. Energa.- Es la capacidad para realiza un trabajo o para transferir calor.

Energa potencial.- Es la que posee una sustancia en virtud de su posicin o de su composicin qumica.

Energa cintica.- Es la que posee una sustancia en virtud de su movimiento. Ejemplo: El agua que est en la parte superior de una presa tiene energa potencial debido a la fuerza gravitacional. Cuando se permite que el agua fluya por una turbina, hacia un nivel inferior, la energa potencial se convierte en energa cintica (energa de movimiento). Conforme el agua cae, su energa potencial disminuye y su energa potencial aumenta. La turbina convierte parte de la energa cintica del agua en energa elctrica. La electricidad as producida se transporta por medio de cables hasta los hogares y fbricas, donde se puede transformar en energa lumnica, energa calorfica o energa mecnica. As pues, la energa puede manifestarse en diferentes formas y transformarse de una a otra. A continuacin se muestra una tabla con diversas formas de energa y su fuente. Forma de energa Energa calorfica Fuente Combustin de carbn, madera, petrleo, gas natural, gasolina y otros combustibles. Plantas hidroelctricas o termoelctricas. Reacciones qumica. Corrientes de agua. Movimiento del aire. Ruptura del ncleo atmica mediante la fisin nuclear. Cultivar plantas y quemarlas para producir energa. Potencia de las mareas

Energa elctrica Energa qumica Energa hidrulica Energa elica Energa nuclear Biomasa Energa lunar

Energa geotrmica

Fuerzas gravitaciones y radiactividad natural en el interior de la tierra (giseres y volcanes). Onda electromagnticas (ondas de radio, rayos luminosos, etc.)

Energa radiante

Energa Hidroelctrica

Las diferentes formas de energa tienen ventajas y desventajas que deben sera analizadas. Por ejemplo, la construccin de plantas para la utilizacin de la energa lunar destruira bahas o costas apreciadas por su belleza natural. Es cierto que el mundo enfrenta un problemas de recursos energticos. La decisin debe ser tomada por personas bien informada que analicen los pro y los contra de las diversas alternativas que existen para obtener energa. Ley de la conservacin de la energa Todos los cambios fsicos y qumicos involucran energa, pero esta energa no se crea ni se destruye, solo se transforma. Unidades de la energa.CALORA.- Es la unidad estndar de la energa calrica (energa transferida de una sustancia a otra cuando hay una diferencia de temperatura entre ellas). JOULE.- Es la unidad estndar para la medicin de la energa calrica en el Sistema Internacional de unidades. 1 cal = 4.184 Joules En nutricin se utilizan las caloras para determinar el valor energtico de los alimentos y la energa necesaria en una persona para realiza ciertas actividades.

METALES, NO METALES Y METALOIDESPropiedades fsica de los METALES.Tienen mayor lustre (brillo). Ejemplo: plata (Ag)

Son buenos conductor del calor y la electricidad. Ejemplo: oro (Au) Son maleables (puede drseles forma golpendolos con un martillo). Ejemplo: estao (Sn) Son dctiles (es posible estirarlos para formar alambres) . Ejemplo: cobre (Cu). Tienen densidades altas. Ejemplo el plomo, d20 = 11,34 g/mol. Tienen altos punto de fusin. Ejemplo pfFe = 1535C. Por esta razn, los metales son slidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg). Casi todos son duros, como es el caso de hierro, el tungsteno y el cromo. Pero algunos son blandos como el sodio.

Propiedades qumicas de los METALES.No es fcil combinarlos entre s. Se combinan con los no metales formando diversos compuestos. El hierro se encuentra en la naturaleza combinado con el oxgeno o el azufre, el silicio con el oxgeno. Otros como la plata, el oro, el cobre y el platino, se encuentran en estado libre. Propiedades fsicas de los NO METALES.Suelen ser opacos, como el azufre y el carbono (grafito). Son malos conductores del calor y la electricidad. No son dctiles, ni maleables. Tienen bajas densidades. Tiene un punto de fusin bajo, por lo que existen en los tres estados de la materia. Por ejemplo: El azufre (S), el fosforo (P) y el yodo (I) son slidos, el bromo (Br) es lquido, el cloro (Cl), el nitrgeno (N) y el oxgeno(O) son gases a temperatura ambiente. Generalmente son blandos, excepto el diamante que es una forma del carbono.

Propiedades qumicas de los NO METALES.Se combinan con los metales. Se combinan entre si. Ejemplo: El CO2 (bixido de carbono), el HCl (cido clorhdrico), el C12H22O11 (azcar de mesa) son compuestos formados por no metales. METALOIDES.Son los elementos que separan los metales de los no metales y tienen propiedades metlicas y no metlicas. Los metaloides son: Boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsnico (As), antimonio (Sb), telurio (Te), polonio (Po) y astatino (At). EJERCICIO.- Consulte su tabla peridica y complete la siguiente tabla. Smbolo Nombre Carcter metlico Estado

(metal, no metal o metaloide) Zn Antimonio Se Argn Hg Arsnico Cl Sodio Cu Silicio He

fsico

CLASIFICACIN DE LA MATERIA1.- Clasificacin de la materiaLa materia la podemos encontrar en la naturaleza en forma de sustancias puras y de mezclas. * Las sustancias puras son aqullas cuya naturaleza y composicin no varan sea cual sea su estado. Se dividen en dos grandes grupos: Elementos y Compuestos. - Elementos: Son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias puras ms sencillas por ningn procedimiento. Ejemplo: Todos los elementos de la tabla peridica:

Oxgeno, hierro, carbono, sodio, cloro, cobre, etc. Se representan mediante su smboloqumico y se conocen 115 en la actualidad.

- Compuestos: Son sustancias puras que estn constituidas por 2 ms elementos combinados en proporciones fijas. Los compuestos se pueden descomponer mediante procedimientos qumicos en los elementos que los constituyen. Ejemplo: Agua, de frmula

H2O, est constituida por los elementos hidrgeno (H) y oxgeno (O) y se puede descomponer en ellos mediante la accin de una corriente elctrica (electrlisis). Loscompuestos se representan mediante frmulas qumicas en las que se especifican los elementos que forman el compuesto y el nmero de tomos de cada uno de ellos que

compone la molcula. Ejemplo: En el agua hay 2 tomos del elemento hidrgeno y 1 tomo

del elemento oxgeno formando la molcula H 2O.

Molcula de agua (H2O), formada por 2 tomos de hidrgeno (blancos) y 1 tomo de oxgeno (rojo)

Molcula de etano (C2H6), formada por 2 tomos de carbono (negros) y 6 tomos de hidrgeno (azul) Molcula de butano (C4H10), formada por 4 tomos de carbono (negros) y 10 tomos de hidrgeno (blancos) Cuando una sustancia pura est formada por un solo tipo de elemento, se dice que es una sustancia simple. Esto ocurre cuando la molcula contiene varios tomos pero todos son del mismo elemento. Ejemplo: Oxgeno gaseoso (O2), ozono (O3), etc. Estn constituidas sus

molculas por varios tomos del elemento oxgeno.

* Las mezclas se encuentran formadas por 2 ms sustancias puras. Su composicin es variable. Se distinguen dos grandes grupos: Mezclas homogneas y Mezclas heterogneas. - Mezclas homogneas: Tambin llamadas Disoluciones. Son mezclas en las que no se pueden distinguir sus componentes a simple vista. Ejemplo: Disolucin de sal en agua, el

aire, una aleacin de oro y cobre, etc.

- Mezclas heterogneas: Son mezclas en las que se pueden distinguir a los componentes a simple vista. Ejemplo: Agua con aceite, granito, arena en agua, etc.

En esta pgina encontrars ms informacin sobre elementos, compuestos y mezclas. En esta pgina encontrars un esquema sobre lo visto anteriormente y una actividad para practicar. Realiza las siguientes actividades.

2.- Mtodos de separacin de mezclas heterogneasLos procedimientos fsicos ms empleados para separar los componentes de una mezcla heterognea son: la filtracin, la decantacin y la separacin magntica. Estos mtodos de separacin son bastante sencillos por el hecho de que en estas mezclas se distinguen muy bien los componentes. - Filtracin: Este procedimiento se emplea para separar un lquido de un slido insoluble.

Ejemplo: Separacin de agua con arena. A travs de materiales porosos como el papelfiltro, algodn o arena se puede separar un slido que se encuentra suspendido en un lquido. Estos materiales permiten solamente el paso del lquido reteniendo el slido.

- Decantacin: Esta tcnica se emplea para separar 2 lquidos no miscibles entre s.

Ejemplo: Agua y aceite. La decantacin se basa en la diferencia de densidad entre los doscomponentes, que hace que dejados en reposo, ambos se separen hasta situarse el ms denso en la parte inferior del envase que los contiene. De esta forma, podemos vaciar el contenido por arriba (si queremos tomar el componente menos denso) o por abajo (si queremos tomar el ms denso). En la separacin de dos lquidos no miscibles, como el agua y el aceite, se utiliza un embudo de decantacin que consiste en un recipiente transparente provisto de una llave en su parte inferior. Al abrir la llave, pasa primero el lquido de mayor densidad y cuando ste se ha agotado se impide el paso del otro lquido cerrando la llave. La superficie de separacin entre ambos lquidos se observa en el tubo estrecho de goteo.

- Separacin magntica: Esta tcnica sirve para separar sustancias magnticas de otras que no lo son. Al aproximar a la mezcla el imn, ste atrae a las limaduras de hierro, que se separan as del resto de la mezcla.

En esta pgina puedes ver ejemplos de separaciones de mezclas heterogneas

3.- Las disolucionesUna disolucin es una mezcla homognea formada por 2 ms sustancias puras en proporcin variable. Las disoluciones pueden ser binarias (2 componentes), ternarias (3 componentes), etc. Ejemplo: Una mezcla de agua con sal es una disolucin. El componente de la disolucin que se encuentra en mayor cantidad se llama disolvente y el o los que aparecen en menor cantidad se llaman solutos. Ejemplo: En una disolucin de sal en

agua, la sal es el soluto y el agua es el disolvente.Las disoluciones binarias se clasifican segn el estado de agregacin en que se encuentran soluto y disolvente. en el siguiente cuadro podemos verlo: SOLUTO GAS DISOLVENTE GAS DISOLUCIN GAS EJEMPLO AIRE

NIEBLA LQUIDO

POLVO EN EL AIRE SLIDO

AMONIACO COMERCIAL GAS

ALCOHOL Y AGUA LQUIDO LQUIDO LQUIDO

SAL Y AGUA SLIDO

HIDRGENO EN PALADIO GAS SLIDO SLIDO

LQUIDO

AMALGAMAS (MERCURIO Y METAL)

ACERO INOXIDABLE SLIDO

3.1.- Concentracin de una disolucinLas disoluciones pueden clasificarse en concentradas o diluidas segn la cantidad de soluto sea grande o pequea con respecto a la cantidad de disolvente. Pero estos trminos son cualitativos, no dan una cantidad exacta medible. Para ello, se emplea el trmino concentracin. La concentracin de una disolucin es la cantidad de soluto que hay disuelto en una determinada cantidad de disolvente o en una determinada cantidad de disolucin. Existen distintas formas de expresar la concentracin de una disolucin: 1) Tanto por ciento en masa Es la masa de soluto (en gramos) que hay en 100 gramos de disolucin.

% en masa del soluto = (masa de soluto / masa de disolucin) x 100Ejemplo: Preparamos una disolucin que contiene 2 g de cloruro de sodio (NaCl) y 3 g de cloruro de potasio (KCl) en 100 g de agua destilada. Calcula el tanto por ciento en masa de cada soluto en la disolucin obtenida. Primeramente, se trata de identificar a los solutos y al disolvente. En este caso, el disolvente es el agua, pues es la sustancia que se encuentra en mayor proporcin y los solutos sern NaCl y KCl. La masa de soluto ser la que hay para cada uno de ellos; la masa

de disolucin es la suma de todas las masas de sustancias presentes en la mezcla: 2 g + 3 g + 100 g = 105 g. Por tanto: % en masa de NaCl = (2 g / 105 g) 100 = 1,9 % de NaCl en la disolucin. % en masa de KCl = (3 g / 105 g) 100 = 2,8 % de KCl en la disolucin. Esto indica que si tuvisemos 100 g de disolucin, 1,9 g seran de cloruro sdico, 2,8 g seran de cloruro potsico y el resto, hasta 100 g, seran de agua.

Masa de soluto Masa de disolucin

g g

Para calcular la concentracin en % en masa de una diso

debes colocar la masa de soluto en gramos en su casilla correspondiente, la masa de disolucin en gramos en la pulsar el botn "Calcular % en masa".

% en masa

%

2) Tanto por ciento en volumen Es el volumen de soluto que hay en 100 volmenes de disolucin.

% en volumen del soluto = (volumen de soluto / volumen de disolucin) x 100Ejemplo: Preparamos una disolucin aadiendo 5 ml de alcohol etlico junto a 245 ml de agua. Calcula el % en volumen de soluto en la disolucin. En este caso, el soluto es el alcohol pues est en menor cantidad y el disolvente es el agua. El volumen de disolucin es la suma de volmenes de los componentes (no tiene porqu ser as siempre): 5 ml + 245 ml = 250 ml. Por tanto: % en volumen de alcohol = (5 ml / 250 ml) 100 = 2 % de alcohol en la disolucin.

3) Concentracin en masa Es la masa de soluto que hay disuelta por cada unidad de volumen de disolucin.

Concentracin en masa = masa de soluto / volumen de disolucinLa unidad de concentracin en masa, en el S.I., es el kg/m3 pero en la prctica se emplea el g/l.

Ejemplo: Preparamos una disolucin aadiendo 20 g de sal a agua destilada hasta tener un volumen de 500 ml. Calcular la concentracin en masa. En este caso, el soluto es la sal y el disolvente es el agua. El volumen de disolucin es 500 ml = 0,5 litros. Por tanto: Concentracin en masa = 20 g / 0,5 l = 40 g/l.

4.- SolubilidadLa cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de un disolvente es limitada. El azcar, por ejemplo, es soluble en agua, pero si en un vaso de agua aadimos cada vez ms y ms azcar, llegar un momento en el que sta ya no se disuelva ms y se deposite en el fondo. Adems, se disuelve ms cantidad de azcar en agua caliente que en agua fra. La cantidad mxima (en gramos) de cualquier soluto que se puede disolver en 100 g de un disolvente a una temperatura dada se denomina solubilidad de ese soluto a esa temperatura. As, la solubilidad se expresa en gramos de soluto por 100 g de disolvente. La solubilidad de una sustancia pura en un determinado disolvente y a una temperatura dada es otra de sus propiedades caractersticas. Cuando una disolucin contiene la mxima cantidad posible de soluto disuelto a una temperatura dada, decimos que est saturada a esa temperatura. En este caso, si aadimos ms soluto, ste se quedar sin disolver.

4.1.- La solubilidad de los gases

Cuando se eleva la temperatura de una disolucin de un gas en un lquido, se observa, por lo comn, que le gas se desprende. Esto se produce porque la solubilidad de los gases en los lquidos disminuye al aumentar la temperatura. Ejemplo: Una bebida carbnica a

temperatura ambiente tiene menos gas disuelto que si est fra, esto se debe a que a mayor temperatura se disuelve menos cantidad de gas y parte de ste se escapa.

4.2.- Curvas de solubilidadEn general, la solubilidad de una sustancia en un determinado disolvente aumenta a medida que se eleva la temperatura. Si se recoge en el laboratorio la cantidad de una sal, por ejemplo nitrato de potasio, que se disuelven en 100 g de agua a diferentes temperaturas obtenemos los siguientes datos: Temperatura Masa disuelta en 100 g de agua 20 C 30 C 40 C 50 C 30 44 60 80 60 C 104

Al representar estos datos grficamente se obtienen unas grficas llamadas Curvas de solubilidad.

En esta grfica se encuentran las curvas de solubilidad para diversas sales. Realiza las siguientes actividades

5.- Mtodos de separacin de mezclas homogneasExisten varios mtodos para separar los componentes de una mezcla homognea o disolucin. Entre los ms utilizados estn la cristalizacin y la destilacin simple. - Cristalizacin: Esta tcnica consiste en hacer que cristalice un soluto slido con objeto de separarlo del disolvente en el que est disuelto. Para ello es conveniente evaporar parte del disolvente o dejar que el proceso ocurra a temperatura ambiente. Si el enfriamiento es rpido se obtienen cristales pequeos y si es lento se formarn cristales de mayor tamao.

- Destilacin simple: Esta tcnica se emplea para separar lquidos de una disolucin en funcin de sus diferentes puntos de ebullicin. Es el caso, por ejemplo, de una disolucin de dos componentes, uno de los cules es voltil (es decir, pasa fcilmente al estado gaseoso). Cuando se hace hervir la disolucin contenida en el matraz, el disolvente voltil, que tiene un punto de ebullicin menor, se evapora y deja un residuo de soluto no voltil. Para recoger el disolvente as evaporado se hace pasar por un condensador por el que circula agua fra. Ah se condensa el vapor, que cae en un vaso o en un erlenmeyer.

Ejemplo: Esta tcnica se emplea para separar mezclas de agua y alcohol. El alcohol es ms voltil que el agua y es la primera sustancia en hervir, enfrindose despus y separndose as del agua.