PROBLEMAS 1.
Al mezclar dos sistemas materiales homogéneos, ¿se produce un sistema material heterogéneo?
No necesariamente. necesariamente. La mezcla de ciertos gases (sistemas materiales homogéneos) homogéneos) da como resultado el aire (sistema material igualmente homogéneo). La mezcla de agua (sistema material homogéneo) con aceite (sistema material también homogéneo) da lugar a un sistema material homogéneo. 2.
Un sólido formado por partículas de 3 • 10-4 mm de tamaño está disperso en un líquido. Indica que tipo de mezcla y como podrían separarse sus componentes.
Se trata de una mezcla heterogénea y puede separarse mediante filtración, sedimentación o centrifugación. 3.
Explica como separar una mezcla de arena, sal común y serrín.
Añadiendo la la mezcla a un vaso vaso con agua agua conseguimos conseguimos que el serrín serrín flote y podemos podemos separarlo separarlo por arrastre. arrastre. A continuación, continuación, removiendo se disuelve disuelve la sal y podemos separar separar la arena por decantación decantación o filtración. filtración. En el papel de filtro se queda la arena, y en el filtrado pasa la disolución salina. Seguidamente, por evaporación, podemos recuperar la sal. 4.
Indica como se podrían separar los componentes de una mezcla formada por agua, aceite y tetracloruro de carbono, sabiendo que son líquidos inmiscibles.
Las densidades densidades de cada cada uno son: son: Agua: 1 g/cm³ g/cm³ Aceite: 0.92 g/cm³ g/cm³ Tetracloruro de carbono: 1,59 g/cm³ Si se colocan en un embudo de decantación saldrá primero el tetracloruro de carbono, luego el agua y, por ultimo el aceite. 5.
Explica el proceso que seguirías para obtener alcohol etílico (punto de ebullición 78 ºC) a partir de vino tinto.
El proceso consistiría en introducirlo introducirlo en un alambique de destilación y empezar a calentar suavemente, para que la ebullición no arrastre demasiada demasiada agua en esta primera fracción. Cuando la mezcla empieza a hervir, lo primero que se evapora es el alcohol, que atraviesa el refrigerador donde condensa. En realidad, solo cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los integrantes de la mezcla es muy grande (en torno a 80 ºC) se puede proceder a una destilación simple. En caso contrario es preciso realizar destilaciones sucesivas para enriquecer la mezcla de alcohol. 6.
Indica en cuales de los métodos de separación citados anteriormente se produce un cambio de estado.
Muchos de los métodos de separación separación de sustancias se basan en un cambio de estado, evaporación del disolvente (al ambiente o a sequedad), destilación en un alambique o destilación fraccionada del aire precedida de una licuación. licuación. 7.
Se quieren preparar 250g de disolución acuosa de cloruro de potasio al 5% en masa. ¿Qué cantidades de soluto y disolvente se deben tomar? Si la densidad de la disolución es 1,05 g/cm³, determina su concentración en masa.
a) Sustituimos el dato en la formula del % en masa: masa de soluto m soluto % masa = ──────────── ▪ 100 → 5% = ───── ▪ 100 masa de disolución 250 g 5 m soluto = ─── ▪ 250 g = 12,5 g de cloruro de potasio 100 Masa de disolvente = 250 g – 12,5 – 12,5 g = 237,5 g de agua.
b) La densidad nos permite determinar el volumen de la disolución: masa disolución 250 g d = ───────────── → 1050 g/L = ──────────── volumen disolución volumen disolución 250 g Volumen disolución = ────── = 238,10 cm³ = 0,24 L 1050 g/L 12,5 g Concentracion en masa = ──── = 52,1 g/L 0,24 L 8.
Señala los pasos que debes seguir para preparar 250 cm³ de una disolución de azucar de 60 g/L si dispones de una probeta, azúcar, una balanza y agua.
Calcul amos la cantidad necesaria de azúcar, “m”: m 60 g/L = ──── 0,25 L
m = 60 g/L • 0,25 L = 15 g
En la balanza se pesan 15 g de azúcar. Se pasa a un vaso con una pequeña cantidad de agua destilada y se agita hasta disolver. Después se vierte el contenido en una probeta de 250 mL. Se pasan sucesivas porciones de agua por el vaso para recoger todo el azúcar y se vierte en la probeta, sin rebasar el borde. Al acercarnos a esta, el agua se añade gota a gota con una pipeta hasta completar la disolución. 9.
El gas butano contenido en una bombona necesita 45,2 m³ del oxigeno del aire para quemarse. Indica si será suficientes para su combustión el aire contenido en el salón de una casa de 10m x 8 m x 2,5 m.
El aire es una mezcla homogénea de gases, y entre ellos está el oxigeno que, en este caso, es el soluto y ocupa el 21% de volumen: volumen de soluto % de volumen = ────────────── ∙ 100 volumen de disolución 45,2 m³ oxigeno 21% = ────────── ∙100 V aire
V aire
45,2 ∙ 100 = ─────── = 215,2 m³ 21
Se necesitan 215,2 m³ de aire y el salon contiene V aire = 10 x 8 x 2,5 = 200 m³. Por lo tanto hay que airear el salon abriendo las ventanas. 10. La etiqueta de cierta marca de leche indica que contiene un 1,6% en peso de materia grasa. Si el litro de leche pesa 1.060 g, ¿Cuál es la concentración de materia grasa en g/L?.
1,6 Materia grasa total en 1 L de leche = ──── • 1.060 g = 16,96 g. La concentración es de 16,96 g/l. 100 11. Se ha preparado una disolución de cloruro de potasio a 80 ºC, disolviendo 45 g de soluto en 100 g de agua. ¿Qué ocurre cuando la temperatura desciende a 60 ºC? ¿Y cuando cae a 20 ºC?.
En las graficas anteriores se observa que al bajar a 60 ºC, la disolución pasa a ser saturada. A esa temperatura no admite más soluto. Al seguir bajando la temperatura, se empiezan a formas cristalitos de cloruro de potasio que se van al fondo del vaso (precipitan). La disolución saturada a 20 ºC admite un máximo de 34 g, luego han precipitado: 45 g – 34 g = 11 g de cloruro de potasio
12. ¿Cómo crees que afecta la contaminación térmica de las aguas a la vida en ellas?. Explícalo utilizando la teoría cinética.
Como se dice en el texto, en el curso alto de los ríos, la temperatura es más baja, y la solubilidad del oxigeno en el agua, mayor, lo que favorece el desarrollo de especies que necesitan mucho oxigeno, como la trucha. La contaminación térmica es aquella que provoca un aumento artificial de la temperatura del agua, lo que disminuye la cantidad de oxigeno disuelto. Según la teoría cinética, al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética media de las moléculas de gas, que tienen más probabilidades de escapar de la solución acuosa. 13. Para disolver mejor un terrón de azúcar se agita el líquido con una cucharilla. ¿Qué variables aumentan?: velocidad del proceso, solubilidad o concentración.
La solubilidad varía con la temperatura, pero no tiene que ver con la agitación. Lo mismo cabe decir de la concentración. Por tanto, solo se modifica la velocidad del proceso. 14. Razona según el modelo cinético por qué cuanto más finamente dividido está un sólido mas rápidamente se disuelve.
Para desmoronar una red cristalina sólida, las partículas de disolvente entran en interacción con las partículas del sólido estableciendo fuerzas atractivas que las arrancan de la red. Cuanto más dividido esté el sólido, más superficie de contacto habrá con el disolvente, más partículas susceptibles de disolverse y mayor rapidez de disolución. 15. Una mezcla de 22 mL de etanol y 22 mL de agua, ocupan un volumen final de 42,6 mL. ¿Cuál crees que es la razón?
Según la teoría cinética, las partículas que forman las sustancias dejan huecos entre sí. Al disolverse una sustancia en otra, las partículas de la primera se recolocan en los huecos dejados por la segunda, c on lo que puede haber reajustes de volumen. Es decir, que el volumen de dos sustancias que se disuelven no es la suma de los volumenenes de ambas. Esto sucede, por ejemplo, en la mezcla de etanol y agua, donde se da una disminución de volumen. 16. Explica el comportamiento de una disolución de etanol y agua al calentarla, si hierve a 90 ºC.
La ebullición se inicia a 90 ºC, pero esta temperatura no permanece constante, sino que sigue subiendo progresivamente hasta los 100 ºC, a medida que va desapareciendo el alcohol y la mezcla se concentra más en el otro componente, el agua. Es un comportamiento característico de las mezclas y permite distinguirlas de las sustancias puras. 17. Una sustancia de aspecto homogéneo comienza a hervir a 50 ºC y continua hirviendo a medida que aumenta su temperatura. ¿Es una disolución o una sustancia pura?
Si tras empezar a hervir no mantiene constante la temperatura, significa que es una disolución, y no una sustancia pura. 18. Explica qué tipos de procesos han tenido lugar en las siguientes situaciones y en qué se diferencian. a)
Se separa una mezcla de hierro y azufre mediante un imán.
b)
Se calienta sulfuro de hierro hasta una temperatura muy alta y se descompone en dos sustancias diferentes: azufre y hierro.
a) Es una mezcla heterogénea en la que cada sustancia mantiene sus propiedades. Pueden separarse con un imán, aprovechando las diferentes propiedades magnéticas de uno y otro y sin afectar a la estructura íntima de las sustancias. b) De entrada, el sulfuro de hierro es un compuesto, con sus propiedades características. Al calentarlo sufre una descomposición que hace que el compuesto desaparezca y surjan dos nuevas (elementos), cada una de ellas con propiedades características propias y distintas de la sustancia original.
ACTIVIDADES Clasificación de los sistemas materiales. 19. Clasifica en homogéneos o heterogéneos los siguientes sistemas materiales. a)
Hielo fundiendo en agua.
b)
Arena y agua.
c)
Aire.
d)
Bronce.
a) En el hielo fundiendo en agua se distinguen dos fases, la solida y la líquida, por tanto, se trata de un sistema heterogéneo. b)
Una mezcla de agua y arena es un sistema heterogéneo, formado por una fase solida, la arena, y otra liquida, el agua.
c)
El aire es una mezcla homogénea, ya que consta de una sola fase (toda las mezclas de gases son homogéneas).
d) El bronce es una mezcla homogénea (aleación) de cobre y estaño. Se forma con ambos metales en fase liquida y posteriormente se enfría hasta temperatura ambiente. 20. Relaciona los apartados de las dos columnas. Propiedades características Tamaño de partícula Densidad Solubilidad
Técnicas de separación Decantación, sedimentación Disolución, cristalización Filtración
-
El tamaño de las partículas está relacionado con la filtración, y determina el tipo de tamiz.
-
La densidad está relacionada con la decantación y la sedimentación: los materiales más densos ocupan la parte inferior de los recipientes.
-
La solubilidad ésta relaciona con la disolución y posterior cristalización. Mezclas heterogéneas como azúcar + arena se pueden separar disolviendo previamente el azúcar en agua y recuperándolo posteriormente mediante cristalización.
21. Explica procedimientos que puedan emplearse para separar en sustancias puras los sistemas materiales siguientes. a)
Agua + aceite.
b)
Arena + sal común.
c)
Agua + arena + sal común + acetona (la sal no es soluble en acetona).
a)
Son líquidos inmiscibles y se pueden separar con un embudo de decantación. El agua, más densa, saldrá primero.
b)
Se disuelve la mezcla en agua: la sal pasará a la disolución, y la areno no. Por filtración se separa la arena. Evaporando después se recupera la sal.
c)
Se filtra para separar la arena, que no se habrá disuelto ni en agua ni en acetona. Acto seguido, mediante una destilación fraccionada se recupera la acetona en el primer condensado. El resto será una disolución de sal en agua; al evaporarse esta, se recupera la sal. También se puede recuperar el agua continuando la destilación hasta recoger las fracciones de acetona y agua, cada una por su lado. En el fondo del matraz habrá quedado la sal.
22. Razona cual es la opción correcta. a)
La solubilidad de los gases au menta con la temperatura.
b)
Los componentes de una disolución pueden mezclarse en proporciones variables.
c)
La disolución concentrada es la que no a dmite más soluto disuelto.
d)
El soluto tiene distinto estado de agregación que la disolución.
a) Es falsa. La solubilidad de los gases en un liquido disminuye con la temperatura. b) Es verdadera. Una disolución puede tener distintas concentraciones. c)
Es falsa. La disolución que no admite más soluto se denomina saturada.
d) Es falsa. El soluto y el disolvente, es decir, la disolución, pueden tener el mismo estado de agregación. 23. La solubilidad del azúcar en agua a 20 ºC es de 200 g/100 cm³ y a 100 ºC sube hasta 490 g/100 cm³. Si añadimos azúcar en exceso a una taza con 24 cm³ de agua hirviendo: a)
¿Qué cantidad de azúcar se disuelve?
b)
¿Qué ocurre si la disolución se enfría hasta 20 ºC?
a)
Si en 100 cm³ de agua a 100 ºC se disuelven un máximo de 490 g, en 24 cm³ de agua se disolverán: 24 cm³ 490 g • ────── = 117,6 g 100 cm³
b)
Si posteriormente esta disolución se enfria hasta 20 ªC, entonces solo se disolverán un máximo de 200g en 100 cm³ de agua. Por tanto en 24 cm³ de agua a esta temperatura se disolverán: 24 cm³ 200 g • ───── = 48 g 100 cm³ El resto de azúcar precipita en forma solida. En este caso: 118 g – 48 g = 70 g
24. Las siguientes tablas de datos presentan la solubilidad en agua del oxigeno y del nitrato de sodio a diferentes temperaturas. Solubilidad (g soluto/100 cm³)
74
81
88
95
102,5
110
Temperatura (ºC)
0
10
20
30
40
50
14,6
13,1
11,3
9,1
7,6
6
0
4
10
20
30
40
Solubilidad (mg soluto/L) Temperatura (ºC)
a)
Representa gráficamente los datos. ¿Cuál corresponde a cada uno?
El primero es el nitrato de sodio, porque su solubilidad aumenta con la temperatura. El segundo es el oxigeno, porque su solubilidad disminuye con la temperatura. b)
A partir de la grafica, indica por aproximación la solubilidad de la sal y del oxigeno a 25 ºC.
La solubilidad aproximada del nitrato de sodio a 25ªC es de 91 g/100 cm³. La solubilidad aproximada aproximada del oxigeno a 25 ºC es de 8 mg/L. c)
¿Qué cantidad de nitrato de sodio podemos disolver en 4 L de agua a 30 ºC?
Si a 30 ºC la solubilidad es de 95 g/100 cm³, en 1 L (1000 cm³) se disolveran 950 g, y en 4 L: 950 g ∙ 4 = 3.800 g 25. Calcula el tanto por ciento en p eso de soluto en las siguientes disoluciones: a)
40 g de sal en 250 g de agua.
b)
50 g de azúcar en 1 kg de disolución.
c)
12 g de nitrato de plata en 0,5 L de agua.
a)
40 g % peso = ──────── • 100 = 13,8% 40 g + 250 g
b)
50 g % peso = ──────── • 100 = 5% 1000 g
c)
12 g % peso = ───────── • 100 = 2,3% 500 g + 12 g
26. El alcohol etílico, cuando alcanza una concentración de 0,04% en volumen en sangre, produce una intoxicación. Si una persona de 70 kg tiene 5 L de sangre, calcula el volumen de alcohol que produce la intoxicación.
vol. de soluto % en vol. = ────────── • 100 vol. de disolución vol. de disolución • % en vol. 5000 cm³ • 0,04 vol. de soluto = ───────────────── = ────────── = 2 cm³ 100 100 27. Se tiene un acido acético de densidad 1.16 g/cm³. Con 20 cm³ de este acido y 80g de agua se prepara una disolución. Si el volu men final de la disolución es de 100 cm³, calcula su concentración: a)
En porcentaje en masa.
La masa de los 20 cm³ de acido es: 1,16 g 20 cm³ ∙ ───── = 23,2 g 1 cm³ La concentración en masa es: m soluto 23,2 % masa = ────── ∙ 100 = ─────── ∙ 100 = 22,5% m disolución 23,2 + 80
b)
En porcentaje en volumen.
V soluto 20 % volumen = ──────── ∙ 100 = ─── ∙ 100 = 20% V disolución 100 c)
En g/L.
m soluto 23,2 g Conc. (g/L) = ────── = ──── = 232 g/L V disolución 0,1 L d)
Determina la densidad de la disolución.
La densidad de la disolución es: m soluto 23,2 g + 80 g d = ────── = ───────── = 1.032 g/L V disolución 0,1 L 28. Razona cual es la opción correcta. a)
Todos los sistemas homogéneos son sustancias puras.
b)
Todas las sustancias puras son compuestos.
c)
Un compuesto es una sustancia pura que se puede descomponer en otras sustancias puras.
d)
Los elementos de un compuesto pueden estar en proporciones variables.
La opción correcta es la c). La opción a) es incorrecta porque hay sistemas homogéneos, las disoluciones, que no son sustancias puras. La b) es incorrecta porque hay sustancias puras, los elementos químicos, que no son compuestos. La d) es incorrecta porque los elementos que forman un compuesto están siempre en una proporción definida. 29. ¿Cómo se puede demostrar experimentalmente que el agua destilada es una sustancia pura? ¿Cómo se puede demostrar que es un compuesto?.
Podemos llevara a ebullicion anotando cada cierto tiempo la temperatura. Tras iniciarse la ebullición a (100 ºC), la temperatura permanece constante, algo que no ocurriría si no fuera una sustancia pura. Para demostrar que no es un elemento, sino un compuesto, podemos comprobar que, mediante electrolisis, se descompone en oxigeno e hidrogeno, que se recogen sobre los electrodos positivos y negativos, respectivamente. 30. El nitrógeno del aire se encuentra en una proporción aproximada del 80% en volumen. ¿Cuánto nitrógeno hay en un aula cuyo volumen de aire es 120 m³? 31. Para endulzar el café de una taza de 50 cm³ de volumen y 51 g de masa, se utiliza un azucarillo de 16 g de masa. Suponiendo que el volumen de la disolución resultante es 50,2 cm³, determina: a)
Su concentración en % en masa.
b)
Su concentración en g/L.
c)
La densidad del café dulce resultante.
32. La composición de un medicamento indica que contiene acido acetilsalicilico (principal componente de la aspirina), con una concentración en % en masa de 32%. Determina la cantidad de acido acetilsalicilico que ingiere una persona cuando toma un sobre de 450 mg de ese medicamento. 33. Los valores normales de glucosa en sangre varían entre 70 mg/dL y 110 mg/dL. El análisis de sangre de una persona indica que tiene 0 ,8 mg/cm³.
a)
Indica si este valor está dentro de la normalidad.
b)
Calcula su concentración de glucosa.
