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2012
Materia, Energía y Cambios




                       Manuel Acevedo Díaz
                       Universidad Autónoma de Zacatecas
                       Unidad Académica Preparatoria Plantel V
                       21/12/2012                          I
Contenido
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... - 1 -
OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA .............................................................................. - 2 -
PROPIEDADES DE LA MATERIA ........................................................................................ - 3 -
   GENERALES: .................................................................................................................... - 3 -
   ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS....................................................................................... - 4 -
   CUALITATIVAS (NO MEDIBLES): ..................................................................................... - 5 -
   CUANTITATIVAS (MEDIBLES): ........................................................................................ - 5 -
   INTENSIVAS: ..................................................................................................................... - 5 -
   EXTENSIVAS: ................................................................................................................... - 5 -
MEDICIONES Y SUS UNIDADES ......................................................................................... - 5 -
   PRESIÓN ........................................................................................................................... - 9 -
   TEMPERATURA .............................................................................................................. - 10 -
   VOLUMEN ....................................................................................................................... - 12 -
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA ..................................................................................... - 12 -
   SUSTANCIAS .................................................................................................................. - 13 -
   ELEMENTOS ................................................................................................................... - 13 -
   COMPUESTOS................................................................................................................ - 15 -
   MEZCLAS ........................................................................................................................ - 16 -
MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS .................................................................... - 17 -
   1. DECANTACIÓN: .......................................................................................................... - 18 -
   2. FILTRACIÓN: ............................................................................................................... - 19 -
   3. EVAPORACIÓN: .......................................................................................................... - 21 -
   4. DESTILACIÓN: ............................................................................................................ - 21 -
   5. CENTRIFUGACIÓN: .................................................................................................... - 22 -
   6. CRISTALIZACIÓN: ...................................................................................................... - 23 -
   7. CROMATOGRAFÍA: .................................................................................................... - 25 -
ESTADOS DE AGREGACIÓN ............................................................................................ - 26 -
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... - 28 -




                                                                                                                                        II
UNIDAD 1: MATERIA, ENERGÍA Y CAMBIOS
INTRODUCCIÓN


En el Sistema Semiescolarizado del Plantel V de la Unidad Académica Preparatoria de la
Universidad Autónoma de Zacatecas consideramos que la carga horaria semanal de la
materia de Química es insuficiente para cubrir el Programa de la Asignatura de Química I
avalado por la Academia. Aunado a la falta de recursos para la adquisición de bibliografía
específica adecuada es que, un servidor, se ve en la necesidad de –intentar, al menos– suplir
alguna de estas carencias con una serie de “Apuntes”, de los cuales, ésta es sólo una parte;
correspondiente a la Primera Unidad de Trabajo denominada “Materia, Energía y Cambios”.




La intención de estas notas es el de facilitar el trabajo de lectura de los discentes, ya que se
resumen los temas que –a criterio muy personal– considero fundamentales para que el
alumno logre su inserción en la disciplina sin mucha dificultad.




Espero que les sean de utilidad…




                                      Atentamente


                              M. en E. Manuel Acevedo Díaz
                                    Titular de la Asignatura




                                                                                                   -   1
                                                                                                       -
OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA
La Química es la ciencia que estudia la materia, sus propiedades físicas y químicas, los
cambios que experimenta y las variaciones de energía que acompañan a dichos procesos
(Chang, 2007 Química, pág. 11).

      Como sabemos que la Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene
masa y que la Energía se define como la capacidad de realizar un trabajo y/o de transferir
calor, de esta definición “aparentemente” sencilla podemos deducir que el campo de
aplicación de la Química es enorme.

La materia la encontramos desde las partes internas de los diminutos e invisibles átomos, los
pequeños microbios, virus y bacterias (que tampoco vemos, pero sí sentimos sus efectos al
enfermarnos); en nuestra vida diaria, todo lo que tocamos, comemos, vestimos, calzamos, el
vehículo en el que nos transportamos, las pinturas, las lacas, los barnices, los
impermeabilizantes, los cosméticos, las bebidas procesadas, etc. Si volteamos al cielo
podemos observar, de día, una enorme lumbrera que nos proporciona luz y calor -ambas,
formas de energía- y de noche, un sinnúmero de cuerpos celestes: estrellas, planetas,
satélites naturales, cometas; y muchos otros cuerpos que, a simple vista no podemos
observar, pero que con el uso de lentes muy poderosas, los telescopios, sí se pueden admirar.

      Se conocen diversas formas de la energía como lo son: cinética, potencial, mecánica,
eléctrica, química, luminosa, entre otras, pero una de ellas tiene un significado especial para la
vida humana, la calorífica. El calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos que se
encuentran a diferente temperatura.

      La temperatura ambiente es diferente por la mañana que al mediodía; de igual forma,
hace más calor en un día soleado que en un día nublado; pero aún más visible es el cambio
de temperaturas con el cambio de las estaciones, ¡Hace mucho más calor en verano que en
invierno! Esto es… ¡En todo el universo, en todo momento, hay materia y hay energía!

Es preciso observar que todo a nuestro alrededor está en movimiento, y que esto provoca
cambios. Necesitamos distinguir entre los cambios que no alteran la naturaleza de las
sustancias implicadas (Jiménez Prieto & Torres Verdugo, 2012) (cambios físicos: cambios de


                                                                                             -2-
temperatura, forma o posición) y aquellos que sí conducen a un cambio en la composición
química (cambios químicos).

Actividad 1: Complete con lo que se le solicita.

Mencione 2 cambios físicos y 2 cambios químicos




PROPIEDADES DE LA MATERIA
Para distinguir una muestra de materia de otra se hace uso de sus propiedades. Las cuales
pueden clasificarse de diferentes maneras:

      GENERALES: Son propiedades que tienen en común todos los cuerpos, por tanto,
         no permiten diferenciar entre un cuerpo y otro. Ellas son:

             Masa (m): Es una medida de la cantidad de materia contenida en una muestra
                de cualquier material. En el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) su
                unidad de medida es el kilogramo (kg).
             Peso (): Es una medida de la fuerza con que cualquier objeto es atraído
                hacia el centro de gravedad del cuerpo celeste más cercano (hacia el centro
                del planeta Tierra, en nuestro caso). En el Sistema S.I. su unidad de medida
                es el Newton (N).

                El común de la gente toma masa y peso como sinónimos, pero en realidad
                sólo son propiedades cuyos valores varían proporcionalmente. Se dice que
                dos variables son directamente proporcionales cuando al aumentar la primera
                en una cierta proporción, la segunda también se incrementa en la misma



                                                                                       -3-
razón, es decir, si la primera se duplica, la segunda también. Por el contrario,
                se dice que dos variables son inversamente proporcionales cuando al
                incrementarse una de ellas en cierta proporción, la otra se ve disminuida en la
                misma razón, esto es, si la primera se duplica, la otra se reduce a la mitad.

             Volumen: Cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad de medida en
                el S.I. es el metro cúbico (m3).
             Inercia: Propiedad por la cual un cuerpo tiende a permanecer en su estado de
                reposo o movimiento uniforme rectilíneo.
             Impenetrabilidad: Propiedad de la materia por la cual dos cuerpos no pueden
                ocupar, a la vez, el mismo espacio.

      ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS: Se llaman así porque no son comunes a todos
         los cuerpos y sí permiten identificar una muestra de materia o diferenciarla de otra.

             Organolépticas: Son las propiedades de la materia que se pueden percibir con
                cualquiera de los órganos sensoriales (sentidos) del cuerpo humano, p. Ej. el
                color (mencione, al menos, otras cinco):
                ______________________________________________________________
                __________________________________________________________
             Físicas: Son las propiedades de la materia que, al determinarse, no provocan
                un cambio en su composición, p. Ej. Densidad (mencione, al menos, cinco
                más):
                ______________________________________________________________
                __________________________________________________________
             Químicas: Son las propiedades de la materia que, al determinarse, sí
                provocan un cambio en su composición, p. Ej. La combustión (mencione,
                cuando menos, dos más):
                ______________________________________________________________
                ______________________________________________________________
                ________________________________________________________

O bien, pueden dividirse en:


                                                                                            -4-
CUALITATIVAS (NO MEDIBLES):
       Son propiedades a las que no se les puede asignar un valor cuantificable, por ejemplo,
el color, el olor, el sabor o el estado físico de una sustancia, o bien, el estado civil, el lugar de
nacimiento o el género de una persona.

CUANTITATIVAS (MEDIBLES):
       Son propiedades a las que sí se les puede asignar un valor cuantificable o numérico y
una unidad de medida; por ejemplo, la temperatura (36°C), la presión (1 atm), el volumen
(22.414 L), la masa (50.0 kg), el calor específico (0.21J/mol·K-1), etcétera.

       Otro tipo de propiedades que es conveniente que aprendamos a distinguir son:

INTENSIVAS:
       Son las propiedades de la materia que no dependen de la cantidad de material
examinado, p. Ej. Punto de fusión, punto de ebullición, densidad, viscosidad, conductividad
térmica, conductividad eléctrica, solubilidad, etcétera.

       NOTA: ¡Todas las propiedades químicas con propiedades intensivas!

EXTENSIVAS:
       Son las propiedades de la materia que sí dependen de la cantidad de material
examinado, p. Ej. Masa, peso, volumen y capacidad calorífica.




MEDICIONES Y SUS UNIDADES
Actividad 2: Investigue, de las 7 unidades fundamentales del S. I.

Entidad: (qué mide)                Definición más actual:                Unidad: Símbolo:

     Cantidad de
      Sustancia



                                                                                               -5-
Intensidad de
 Corriente Eléctrica



Intensidad Luminosa




 Longitud (distancia)




         Masa




     Temperatura




        Tiempo




Actividad 3: Investigue las definiciones matemáticas -y su correspondiente unidad de medida-
de las siguientes unidades derivadas del S. I. No olvide indicar qué significa cada una de las
literales (letras o símbolos) utilizadas en cada fórmula y su correspondiente unidad de medida
en el S. I.

                                                                             Nombre
 Entidad:           Fórmula Matemática:                Unidad:
                                                                            especial:



Velocidad




                                                                                         -6-
Aceleración




Fuerza




Energía
cinética




Energía
Potencial
Gravitatoria




Trabajo




Presión



Sin embargo, aunque estas sean las unidades oficiales, por decirlo de algún modo, existen
otras unidades empleadas para medir las mismas dimensiones. Por ejemplo:



                                                                                    -7-
La unidad oficial para medir el volumen es el metro cúbico (m 3), sin embargo existe otra
unidad usada con mucha mayor frecuencia: el litro (L)1; la unidad oficial para medir presión es
el Pascal (Pa), pero existen otras unidades de mayor uso, como son la atmósfera (atm), el
Torricelli (Torr) o el milímetro de mercurio (mmHg).

Actividad 4: Investigue diferentes unidades empleadas para medir las entidades
mencionadas en las actividades 2 y 3 y sus correspondientes equivalencias con la respectiva
Unidad S.I.

    Entidad: (qué
                                 Unidad 1                 Unidad 2      Unidad 3   Unidad 4
         mide)
Cantidad de
Sustancia
Intensidad de
Corriente
Eléctrica
Intensidad
Luminosa
Longitud
(distancia)

Masa


Temperatura


Tiempo


Velocidad


Aceleración


Fuerza


1
    La abreviatura de Litro (o Litros) es “L”, no “l”, “lt” ni “lts”.


                                                                                              -8-
Energía cinética

Energía
Potencial
Gravitatoria

Trabajo


Presión




PRESIÓN

La presión se define, desde el punto de vista físico, como la aplicación de una fuerza en un
área determinada. Se mide con Manómetros o con Barómetros. Matemáticamente se expresa
como

                                                    F
                                               P
                                                    A

Donde:         P es la Presión, y su unidad de medida en el S. I. es el Pascal (Pa);

               F es la Fuerza y su unidad de medida en el S. I. es el Newton (N);

               A es el Área y su unidad de medida en el S. I. es el metro cuadrado (m 2).

Es decir:

                                              F     N
                                         P       2  Pa
                                              A     m

Algunas unidades utilizadas para medir Presión son:

Atmósferas (atm)
Torricellis (Torr)
Milímetros de Mercurio (mmHg)



                                                                                            -9-
Kilogramos fuerza sobre centímetro cuadrado (kgf/cm2)
Pascales (Pa)
kilo pascales (kPa)
Libras fuerza sobre pulgada cuadrada (lbf/in2), también llamadas P. S. I. por sus siglas en
inglés «Pound per Square Inches», etc.



Y las equivalencias respectivas son:

1 atm  760 Torr
       760 mmHg
       1.033 kg f / cm 2
       101325 Pa
       101.325 kPa
       14.68 lb f / in 2
       14.68 P.S .I .




TEMPERATURA
La temperatura es una forma de medir la Intensidad del Calor. Se mide con Termómetros.
Existen varias Escalas Termométricas entre las que se encuentran la Kelvin (K), la
Centígrada o Celsius (°C), la Fahrenheit (°F) y la Rankine (°R). Las dos primeras son del
Sistema Decimal y las dos últimas son del Sistema Ingles. Hay dos escalas llamadas
Relativas por contener valores tanto positivos como negativos (Celsius y Fahrenheit) y dos
escalas llamadas Absolutas por sólo contener valores positivos (Kelvin y Rankine).

Para ínter transformar valores de temperatura de una escala a otra se utilizan las siguientes
fórmulas:




                                                                                       - 10 -
Para Obtener:         A partir de:           Utilice la Fórmula:

                                                    1C 
 Grados Celsius           Kelvin        1) C  xK        273.15C
                                                    1K 
                                                      1.8F 
Grados Fahrenheit    Grados Celsius     2)  F  xC          32F
                                                      1.0C 
                                                   1R 
 Grados Rankine     Grados Fahrenheit 3) R  xF        459.67R
                                                   1F 
                                                                  1F 
Grados Fahrenheit    Grados Rankine     4) F  xR  459.67R      
                                                                  1R 
                                                            1.0C 
 Grados Celsius     Grados Fahrenheit 5) C  xF  32F        
                                                            1.8F 
                                                                     1K 
     Kelvin          Grados Celsius     6)   K   xC  273.15C       
                                                                     1C 
                                                     1.8 R 
 Grados Rankine           Kelvin        7)  R  xK         
                                                     1.0 K 
                                                       1.0 K 
     Kelvin          Grados Rankine     8)   K  x R         
                                                       1.8 R 




                                                                              - 11 -
VOLUMEN




   El Volumen es la cantidad de espacio ocupado por un cuerpo. La unidad derivada de
   volumen en el Sistema Internacional de Unidades (S. I.) es el metro cúbico (m 3), sin
   embargo existen otras unidades que tienen gran uso en la vida cotidiana, como el litro, por
   ejemplo. Algunas equivalencias que pueden ser útiles son las siguientes:

   1L=1 000mL=1 000 000L (Recuerde que 1 000=1X103=103 y que 1 000 000=1X106=106)
   1 m3 = 103 L = 106 mL
   1 m3 = 103 dm3 = 106 cm3


   Por lo cual se deduce que:
   1L = 1 dm3    y    1 mL = 1 cm3
   1 in3 = 16.387 cm3
   1 ft3 = 28.32 L
   1 yd3 = 764.55 L
   1gal = 3.785 L




CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
La materia se puede clasificar, con base en su composición y propiedades, en dos grandes
categorías: sustancias y mezclas.


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SUSTANCIAS
Una sustancia es una muestra de materia que tiene composición idéntica y, en condiciones
iguales, idénticas propiedades. Una sustancia puede ser un elemento o un compuesto.

ELEMENTOS
Un elemento es una sustancia pura que no se puede separar en otras más sencillas por
medios químicos (Definición propuesta por Antoine Laurent Lavoisier). Para representar a los
elementos químicos se utilizan una serie de símbolos que constan de una o dos letras; en el
primer caso la letra debe ser mayúscula y en el segundo de los casos, la primera es
mayúscula y la segunda será, obligatoriamente, minúscula.

Los símbolos son empleados por conveniencia, para reducir tiempo, dinero y esfuerzo.

          Es más fácil escribir:                                Que:
                     H                                       Hidrógeno
                     B                                          Boro
                     C                                        Carbono
                     N                                       Nitrógeno
                     O                                        Oxígeno
                     F                                          Flúor
Hay elementos cuyos símbolos son tomados de la letra inicial del nombre y otra letra
cualquiera, por ejemplo:

                Elemento:                                    Símbolo:
                   Helio                                         He
                    Litio                                        Li
                   Berilio                                       Be
                 Magnesio                                        Mg
                 Aluminio                                        Al
                  Radón                                          Rn
Sin embargo también hay elementos cuyo nombre no coincide con su símbolo. En ese caso,
con toda seguridad, el símbolo fue tomado de la raíz del nombre, generalmente latina o
griega, aunque hay raíces provenientes de otros idiomas.


                                                                                       - 13 -
Actividad 5: Detecte, en la tabla periódica de los elementos químicos, cuáles son los
elementos en los que no hay coincidencia entre el símbolo y el nombre e indague cuál es la
raíz de la que fue tomado el símbolo. Guíese en los ejemplos:

     Elemento:              Símbolo                  Raíz:             Significado
                                                                   Se asienta el origen
       Sodio                   Na               Del latín Natrum   de la palabra, pero
                                                                   no su significado.
      Fósforo                   P                 Phosphorus          Portador de luz




                                                                                         - 14 -
COMPUESTOS
Los átomos de muchos elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos. Un
compuesto es una sustancia pura que se puede descomponer en otras más sencillas o en los
elementos que lo forman empleando métodos químicos (Definición propuesta por Antoine
Laurent Lavoisier).

                                     H2CO3  CO2  H2O
                                            
                                                1
                                     H2O  H2  O2
                                          
                                                2

Así pues, el agua es un compuesto formado por Oxígeno (O) e Hidrógeno (H) en una
proporción fija de 2 átomos de H por 1 de O, que equivalen al 11.19% en masa de H y al
88.81% en masa de O, sin importar que el agua provenga del Río Bravo, del Mar Negro o de
la capa más profunda de hielo de la Antártida.

Si otro compuesto está formado por los mismos elementos que el agua, pero la proporción en
masa no es la misma, las propiedades del segundo compuesto, con toda seguridad serán
distintas, tal como lo demuestra la tabla 1.

                      Tabla 1. Propiedades del Agua y del Agua Oxigenada

     Compuesto:                         Agua                      Agua Oxigenada
 Fórmula Química:                        H2O                               H2O2
 Estado de
                                       Líquido                         Líquido
 agregación:
 % en masa de H:                       11.19%                              5.93%
 % en masa de O:                       88.81%                          94.07%
 Olor:                                 Inodora                         Inodora
 Color:                   Incolora, en pequeñas cantidades             Incolora
 Sabor:                                Insípida                        Amargo
 Masa Molar:                       18.01534 g/mol                  34.01474 g/mol
 Punto de Fusión:                        0°C                               -0.4°C
 Punto de Ebullición:                   100°C                          150.2°C



                                                                                    - 15 -
Densidad:                              1.00 g/cm3                               1.40 g/cm3
                                                                      Blanqueador de vestimentas,
 Usos comunes:              Solvente, agente de limpieza
                                                                          cabello y piezas dentales
                           Ingestión: Necesaria para la vida; su
                            consumo excesivo puede producir
                            dolores de cabeza, confusión y
                                                                         Ingestión: Serios daños,
                            calambres. Puede ser fatal en atletas.
                                                                          posiblemente fatal.
                           Inhalación: No es tóxica. Puede
                                                                         Inhalación: Irritación severa,
                            disolver el surfactante de los
                                                                          posiblemente fatal.
 Riesgos:                   pulmones. La sofocación en el agua
                                                                         Piel: Agente aclarante y
                            se denomina ahogo.
                                                                          desinfectante. Causa ardor casi
                           Piel: La inmersión prolongada puede
                                                                          inmediatamente.
                            causar descamación.
                                                                         Ojos: Peligroso.
                           Ojos: No es peligrosa para los ojos, a
                            no ser que tenga cloro, con el cual los
                            ojos se irritan.




MEZCLAS
Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en las que éstas conservan sus
propiedades distintivas. Las mezclas no poseen composición constante. Por tanto, las
muestras de aire obtenidas en diferentes ciudades probablemente diferirán en su composición
a causa de diferencias de altitud y contaminación atmosférica.

Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. En las mezclas homogéneas (también
llamadas soluciones) la composición es uniforme, mientras que en las mezclas
heterogéneas no.

Algunos ejemplos familiares de las primeras son el aire, los refrescos, la gasolina, la
mayonesa o las amalgamas. Podemos observar ejemplos de las segundas en la sopa de
verduras, el pozole, el pan, una tela estampada, algunas medicinas, etcétera.

Dependiendo del tamaño de las partículas, las mezclas heterogéneas se dividen en
Suspensiones y Coloides. Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las



                                                                                                     - 16 -
suspensiones. Para clasificar una sustancia como coloidal, las dimensiones de las partículas
 del soluto están comprendidas entre 10 y 100 nm (1 nanómetro (nm) = 1x10-9 m) mientras que
 las moléculas en solución miden entre 0.1 y 10 nm. Si las dimensiones de las partículas del
 soluto sobrepasan los 100 nm, entonces se trata de una suspensión.

 En la Tabla 2 se mencionan las principales diferencias entre soluciones, coloides y
 suspensiones.



 Tabla 2. Diferencias entre soluciones, coloides y suspensiones

          Propiedad:                 Solución            Coloide            Suspensión

Tamaño de las partículas (nm):        0.1 - 10           10 - 100          Mayores de 100

Número de fases:                         Una               Dos                   Dos

Tipo de mezcla:                     Homogénea           En el límite        Heterogénea

Hay separación al reposar:               No                 No                    Sí

Transparencia:                     Transparente         Intermedia         No transparente

 Fuente: (Facultad de Ciencias Médicas)


 MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
 En la naturaleza, las sustancias se encuentran formando mezclas y compuestos que es
 necesario separar y purificar, para estudiar sus propiedades tanto físicas como químicas. Los
 procedimientos físicos por los cuales se separan las mezclas se denominan Métodos De
 Separación.

 A continuación presentaremos algunos:

    1. Decantación                                    5. Centrifugación
    2. Filtración                                     6. Cristalización
    3. Evaporación                                    7. Cromatografía
    4. Destilación


                                                                                        - 17 -
1. DECANTACIÓN:
Es la separación mecánica de un sólido de grano grueso, insoluble, en un líquido; consiste en
verter cuidadosamente el líquido, después de que se ha sedimentado el sólido. Por este
proceso se separan dos líquidos miscibles, de diferente densidad, por ejemplo, agua y aceite.




                                   Figura 1 Separación por decantación




                                 Figura 2 Embudos de decantación




                                                                                                -
                                                                                                18
                                                                                                 -
2. FILTRACIÓN:
Es un tipo de separación mecánica, que sirve para separar sólidos insolubles de grano fino de
un líquido en el cual se encuentran mezclados; este método consiste en verter la mezcla a
través de un medio poroso que deje pasar el líquido y retenga el sólido. Los aparatos usados
se llaman filtros; el más común es el de porcelana porosa, usado en los hogares para purificar
el agua. Los medios más porosos más usados son: el papel filtro, la fibra de vidrio o asbesto,
telas etc.

En el laboratorio se usa el papel filtro, que se coloca en forma de cono en un embudo de
vidrio, a través del cual se hace pasar la mezcla, reteniendo el filtro la parte sólida y dejando
pasar el líquido.




   Figura 4 Embudo Bushner                                   Figura 3 Filtración




                                                                                           - 19 -
Figura 5 Cribas para gránulos gruesos




     Figura 6 Filtración al vacío




                                        - 20 -
3. EVAPORACIÓN:
Es la separación de un sólido disuelto en un líquido, por calentamiento, hasta que el líquido
hierve y se transforma en vapor. Como no todas las sustancias se evaporan con la misma
rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura.




                                    Figura 7 Evaporación natural




4. DESTILACIÓN:
Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos miscibles y
consiste en una evaporación y condensación sucesivas, aprovechando los diferentes puntos
de ebullición de cada uno de los líquidos, también se emplea para purificar un liquido
eliminando sus impurezas.

En la industria, la destilación se efectúa por medio de alambiques, que constan de una
caldera, una retorta, el refrigerante en forma de serpentín y el recolector; mediante este
procedimiento se obtiene el agua destilada o bidestilada, usada en las ámpulas o ampolletas
que se usan para preparar las suspensiones de los antibióticos, así como el agua destilada
para las planchas de vapor; también de esta manera se obtiene la purificación del alcohol, la
destilación del petróleo, etc.



                                                                                       - 21 -
Figura 8 Aparato para destilación




5. CENTRIFUGACIÓN:
Proceso mecánico que permite, por medio de un movimiento acelerado de rotación, provocar
la sedimentación de los componentes de una mezcla con diferente densidad. Para ello se usa
una máquina especial llamada centrífuga. Ejemplo: se pueden separar las grasas mezcladas
en los líquidos, como la leche, o bien los paquetes celulares de la sangre, separándolos del
suero sanguíneo.




                               Figura 9 Centrífuga de alta velocidad
                                                                                      - 22 -
Figura 10 Centrifugación diferencial


6. CRISTALIZACIÓN:
Separación de un sólido soluble y la solución que lo contiene, en forma de cristales. Los
cristales pueden formarse de tres maneras:

    Por fusión: para cristalizar una sustancia como el azufre por este procedimiento, se
      coloca el azufre en un crisol y se funde por calentamiento, se enfría y cuando se ha
      formado una costra en la superficie, se hace un agujero en ella y se invierte
      bruscamente el crisol, vertiendo el líquido que queda dentro. Se observará una
      hermosa malla de cristales en el interior del crisol.




                                     Figura 11 Cristales de azufre



                                                                                    - 23 -
 Por disolución: Consiste en saturar un líquido o disolvente, por medio de un sólido o
   soluto y dejar que se vaya evaporando lentamente, hasta que se han formado los
   cristales. También puede hacerse una disolución concentrada en caliente y dejarla
   enfriar. Si el enfriamiento es rápido, se obtendrán cristales pequeños, y si es lento,
   cristales grandes.




                             Figura 12 Formación de estalactitas


 Sublimación: Es el paso directo de un sólido gas, como sucede con el yodo y la
   naftalina al ser calentados, ya que al enfriarse, los gases originan la cristalización por
   enfriamiento rápido.




                               Figura 13 Sublimación de Yodo




                                                                                      - 24 -
7. CROMATOGRAFÍA:
Es un procedimiento para separar, identificar y determinar con exactitud la cantidad de cada
uno de los componentes de una mezcla líquida colorida. Consiste en poner en contacto
directo una fase móvil y una fase estacionaria. Existen dos variantes: la Cromatografía en
Papel y la Cromatografía en Columna.




                                Figura 14 Cromatografía en papel




                               Figura 15 Cromatografía en columna



                                                                                      - 25 -
ESTADOS DE AGREGACIÓN
La materia existe en 5 estados de agregación: Condensado de Bose-Einstein, Sólido, Líquido,
Gas y Plasma. Aunque más del 90% de la materia en el universo es Plasma, los tres estados
más comunes son sólido, líquido y gas.


En un sólido, las moléculas se mantienen juntas de manera ordenada, con escasa libertad de
movimiento. Las moléculas en un líquido están cerca unas de otras, sin que se mantengan en
una posición rígida, por lo que pueden moverse. En un gas, las moléculas están tan
separadas entre sí por grandes distancias en comparación con el tamaño de las moléculas
mismas. Ver Figura 16.


Las conversiones entre los tres principales estados de la materia son posibles sin que exista
un cambio en la composición de la sustancia. El paso del estado sólido al estado líquido se
llama Fusión, en tanto que la Vaporización o Evaporación nos indica que una sustancia se
transforma de líquido en gas. Hay también un paso directo del estado sólido al estado
gaseoso, se llama Sublimación. Los tres procesos anteriores tienen en común que todos ellos
consumen energía y por ello son denominados Procesos Endotérmicos.
Existen también los pasos inversos, pero cada uno recibe un nombre específico:
De gas a líquido: Condensación
De líquido a Sólido: Congelación o Cristalización (este último sólo en el caso de que el sólido
formado sea un cristal)
De gas a sólido: Deposición (o Sublimación inversa) Ver Figura 17.




                                                                                        - 26 -
Figura 16 Representación microscópica de un sólido, un líquido y un gas.




                   Figura 17 Conversiones de Estado Físico




                                                                           - 27 -
BIBLIOGRAFÍA
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Facultad de Ciencias Médicas. (s.f.). Tutorial de coloides. Recuperado el 30 de Julio de 2012,
      de http://medicina.usac.edu.gt/quimica/coloides/Coloides_1.htm

Jiménez Prieto, R., & Torres Verdugo, P. (2012). Recuperado el 20 de diciembre de 2012, de
      http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/35_las_reacciones_quimicas/curso/lrq_cfq.html




                                                                                         - 28 -

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Materia, energía y cambios

  • 1. 2012 Materia, Energía y Cambios Manuel Acevedo Díaz Universidad Autónoma de Zacatecas Unidad Académica Preparatoria Plantel V 21/12/2012 I
  • 2. Contenido INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... - 1 - OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA .............................................................................. - 2 - PROPIEDADES DE LA MATERIA ........................................................................................ - 3 - GENERALES: .................................................................................................................... - 3 - ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS....................................................................................... - 4 - CUALITATIVAS (NO MEDIBLES): ..................................................................................... - 5 - CUANTITATIVAS (MEDIBLES): ........................................................................................ - 5 - INTENSIVAS: ..................................................................................................................... - 5 - EXTENSIVAS: ................................................................................................................... - 5 - MEDICIONES Y SUS UNIDADES ......................................................................................... - 5 - PRESIÓN ........................................................................................................................... - 9 - TEMPERATURA .............................................................................................................. - 10 - VOLUMEN ....................................................................................................................... - 12 - CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA ..................................................................................... - 12 - SUSTANCIAS .................................................................................................................. - 13 - ELEMENTOS ................................................................................................................... - 13 - COMPUESTOS................................................................................................................ - 15 - MEZCLAS ........................................................................................................................ - 16 - MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS .................................................................... - 17 - 1. DECANTACIÓN: .......................................................................................................... - 18 - 2. FILTRACIÓN: ............................................................................................................... - 19 - 3. EVAPORACIÓN: .......................................................................................................... - 21 - 4. DESTILACIÓN: ............................................................................................................ - 21 - 5. CENTRIFUGACIÓN: .................................................................................................... - 22 - 6. CRISTALIZACIÓN: ...................................................................................................... - 23 - 7. CROMATOGRAFÍA: .................................................................................................... - 25 - ESTADOS DE AGREGACIÓN ............................................................................................ - 26 - BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... - 28 - II
  • 3. UNIDAD 1: MATERIA, ENERGÍA Y CAMBIOS INTRODUCCIÓN En el Sistema Semiescolarizado del Plantel V de la Unidad Académica Preparatoria de la Universidad Autónoma de Zacatecas consideramos que la carga horaria semanal de la materia de Química es insuficiente para cubrir el Programa de la Asignatura de Química I avalado por la Academia. Aunado a la falta de recursos para la adquisición de bibliografía específica adecuada es que, un servidor, se ve en la necesidad de –intentar, al menos– suplir alguna de estas carencias con una serie de “Apuntes”, de los cuales, ésta es sólo una parte; correspondiente a la Primera Unidad de Trabajo denominada “Materia, Energía y Cambios”. La intención de estas notas es el de facilitar el trabajo de lectura de los discentes, ya que se resumen los temas que –a criterio muy personal– considero fundamentales para que el alumno logre su inserción en la disciplina sin mucha dificultad. Espero que les sean de utilidad… Atentamente M. en E. Manuel Acevedo Díaz Titular de la Asignatura - 1 -
  • 4. OBJETO DE ESTUDIO DE LA QUÍMICA La Química es la ciencia que estudia la materia, sus propiedades físicas y químicas, los cambios que experimenta y las variaciones de energía que acompañan a dichos procesos (Chang, 2007 Química, pág. 11). Como sabemos que la Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa y que la Energía se define como la capacidad de realizar un trabajo y/o de transferir calor, de esta definición “aparentemente” sencilla podemos deducir que el campo de aplicación de la Química es enorme. La materia la encontramos desde las partes internas de los diminutos e invisibles átomos, los pequeños microbios, virus y bacterias (que tampoco vemos, pero sí sentimos sus efectos al enfermarnos); en nuestra vida diaria, todo lo que tocamos, comemos, vestimos, calzamos, el vehículo en el que nos transportamos, las pinturas, las lacas, los barnices, los impermeabilizantes, los cosméticos, las bebidas procesadas, etc. Si volteamos al cielo podemos observar, de día, una enorme lumbrera que nos proporciona luz y calor -ambas, formas de energía- y de noche, un sinnúmero de cuerpos celestes: estrellas, planetas, satélites naturales, cometas; y muchos otros cuerpos que, a simple vista no podemos observar, pero que con el uso de lentes muy poderosas, los telescopios, sí se pueden admirar. Se conocen diversas formas de la energía como lo son: cinética, potencial, mecánica, eléctrica, química, luminosa, entre otras, pero una de ellas tiene un significado especial para la vida humana, la calorífica. El calor es la transferencia de energía entre dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. La temperatura ambiente es diferente por la mañana que al mediodía; de igual forma, hace más calor en un día soleado que en un día nublado; pero aún más visible es el cambio de temperaturas con el cambio de las estaciones, ¡Hace mucho más calor en verano que en invierno! Esto es… ¡En todo el universo, en todo momento, hay materia y hay energía! Es preciso observar que todo a nuestro alrededor está en movimiento, y que esto provoca cambios. Necesitamos distinguir entre los cambios que no alteran la naturaleza de las sustancias implicadas (Jiménez Prieto & Torres Verdugo, 2012) (cambios físicos: cambios de -2-
  • 5. temperatura, forma o posición) y aquellos que sí conducen a un cambio en la composición química (cambios químicos). Actividad 1: Complete con lo que se le solicita. Mencione 2 cambios físicos y 2 cambios químicos PROPIEDADES DE LA MATERIA Para distinguir una muestra de materia de otra se hace uso de sus propiedades. Las cuales pueden clasificarse de diferentes maneras: GENERALES: Son propiedades que tienen en común todos los cuerpos, por tanto, no permiten diferenciar entre un cuerpo y otro. Ellas son:  Masa (m): Es una medida de la cantidad de materia contenida en una muestra de cualquier material. En el Sistema Internacional de Unidades (S.I.) su unidad de medida es el kilogramo (kg).  Peso (): Es una medida de la fuerza con que cualquier objeto es atraído hacia el centro de gravedad del cuerpo celeste más cercano (hacia el centro del planeta Tierra, en nuestro caso). En el Sistema S.I. su unidad de medida es el Newton (N). El común de la gente toma masa y peso como sinónimos, pero en realidad sólo son propiedades cuyos valores varían proporcionalmente. Se dice que dos variables son directamente proporcionales cuando al aumentar la primera en una cierta proporción, la segunda también se incrementa en la misma -3-
  • 6. razón, es decir, si la primera se duplica, la segunda también. Por el contrario, se dice que dos variables son inversamente proporcionales cuando al incrementarse una de ellas en cierta proporción, la otra se ve disminuida en la misma razón, esto es, si la primera se duplica, la otra se reduce a la mitad.  Volumen: Cantidad de espacio que ocupa un cuerpo. Su unidad de medida en el S.I. es el metro cúbico (m3).  Inercia: Propiedad por la cual un cuerpo tiende a permanecer en su estado de reposo o movimiento uniforme rectilíneo.  Impenetrabilidad: Propiedad de la materia por la cual dos cuerpos no pueden ocupar, a la vez, el mismo espacio. ESPECÍFICAS O INTRÍNSECAS: Se llaman así porque no son comunes a todos los cuerpos y sí permiten identificar una muestra de materia o diferenciarla de otra.  Organolépticas: Son las propiedades de la materia que se pueden percibir con cualquiera de los órganos sensoriales (sentidos) del cuerpo humano, p. Ej. el color (mencione, al menos, otras cinco): ______________________________________________________________ __________________________________________________________  Físicas: Son las propiedades de la materia que, al determinarse, no provocan un cambio en su composición, p. Ej. Densidad (mencione, al menos, cinco más): ______________________________________________________________ __________________________________________________________  Químicas: Son las propiedades de la materia que, al determinarse, sí provocan un cambio en su composición, p. Ej. La combustión (mencione, cuando menos, dos más): ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ________________________________________________________ O bien, pueden dividirse en: -4-
  • 7. CUALITATIVAS (NO MEDIBLES): Son propiedades a las que no se les puede asignar un valor cuantificable, por ejemplo, el color, el olor, el sabor o el estado físico de una sustancia, o bien, el estado civil, el lugar de nacimiento o el género de una persona. CUANTITATIVAS (MEDIBLES): Son propiedades a las que sí se les puede asignar un valor cuantificable o numérico y una unidad de medida; por ejemplo, la temperatura (36°C), la presión (1 atm), el volumen (22.414 L), la masa (50.0 kg), el calor específico (0.21J/mol·K-1), etcétera. Otro tipo de propiedades que es conveniente que aprendamos a distinguir son: INTENSIVAS: Son las propiedades de la materia que no dependen de la cantidad de material examinado, p. Ej. Punto de fusión, punto de ebullición, densidad, viscosidad, conductividad térmica, conductividad eléctrica, solubilidad, etcétera. NOTA: ¡Todas las propiedades químicas con propiedades intensivas! EXTENSIVAS: Son las propiedades de la materia que sí dependen de la cantidad de material examinado, p. Ej. Masa, peso, volumen y capacidad calorífica. MEDICIONES Y SUS UNIDADES Actividad 2: Investigue, de las 7 unidades fundamentales del S. I. Entidad: (qué mide) Definición más actual: Unidad: Símbolo: Cantidad de Sustancia -5-
  • 8. Intensidad de Corriente Eléctrica Intensidad Luminosa Longitud (distancia) Masa Temperatura Tiempo Actividad 3: Investigue las definiciones matemáticas -y su correspondiente unidad de medida- de las siguientes unidades derivadas del S. I. No olvide indicar qué significa cada una de las literales (letras o símbolos) utilizadas en cada fórmula y su correspondiente unidad de medida en el S. I. Nombre Entidad: Fórmula Matemática: Unidad: especial: Velocidad -6-
  • 9. Aceleración Fuerza Energía cinética Energía Potencial Gravitatoria Trabajo Presión Sin embargo, aunque estas sean las unidades oficiales, por decirlo de algún modo, existen otras unidades empleadas para medir las mismas dimensiones. Por ejemplo: -7-
  • 10. La unidad oficial para medir el volumen es el metro cúbico (m 3), sin embargo existe otra unidad usada con mucha mayor frecuencia: el litro (L)1; la unidad oficial para medir presión es el Pascal (Pa), pero existen otras unidades de mayor uso, como son la atmósfera (atm), el Torricelli (Torr) o el milímetro de mercurio (mmHg). Actividad 4: Investigue diferentes unidades empleadas para medir las entidades mencionadas en las actividades 2 y 3 y sus correspondientes equivalencias con la respectiva Unidad S.I. Entidad: (qué Unidad 1 Unidad 2 Unidad 3 Unidad 4 mide) Cantidad de Sustancia Intensidad de Corriente Eléctrica Intensidad Luminosa Longitud (distancia) Masa Temperatura Tiempo Velocidad Aceleración Fuerza 1 La abreviatura de Litro (o Litros) es “L”, no “l”, “lt” ni “lts”. -8-
  • 11. Energía cinética Energía Potencial Gravitatoria Trabajo Presión PRESIÓN La presión se define, desde el punto de vista físico, como la aplicación de una fuerza en un área determinada. Se mide con Manómetros o con Barómetros. Matemáticamente se expresa como F P A Donde: P es la Presión, y su unidad de medida en el S. I. es el Pascal (Pa); F es la Fuerza y su unidad de medida en el S. I. es el Newton (N); A es el Área y su unidad de medida en el S. I. es el metro cuadrado (m 2). Es decir: F N P   2  Pa A m Algunas unidades utilizadas para medir Presión son: Atmósferas (atm) Torricellis (Torr) Milímetros de Mercurio (mmHg) -9-
  • 12. Kilogramos fuerza sobre centímetro cuadrado (kgf/cm2) Pascales (Pa) kilo pascales (kPa) Libras fuerza sobre pulgada cuadrada (lbf/in2), también llamadas P. S. I. por sus siglas en inglés «Pound per Square Inches», etc. Y las equivalencias respectivas son: 1 atm  760 Torr  760 mmHg  1.033 kg f / cm 2  101325 Pa  101.325 kPa  14.68 lb f / in 2  14.68 P.S .I . TEMPERATURA La temperatura es una forma de medir la Intensidad del Calor. Se mide con Termómetros. Existen varias Escalas Termométricas entre las que se encuentran la Kelvin (K), la Centígrada o Celsius (°C), la Fahrenheit (°F) y la Rankine (°R). Las dos primeras son del Sistema Decimal y las dos últimas son del Sistema Ingles. Hay dos escalas llamadas Relativas por contener valores tanto positivos como negativos (Celsius y Fahrenheit) y dos escalas llamadas Absolutas por sólo contener valores positivos (Kelvin y Rankine). Para ínter transformar valores de temperatura de una escala a otra se utilizan las siguientes fórmulas: - 10 -
  • 13. Para Obtener: A partir de: Utilice la Fórmula:  1C  Grados Celsius Kelvin 1) C  xK    273.15C  1K   1.8F  Grados Fahrenheit Grados Celsius 2)  F  xC    32F  1.0C   1R  Grados Rankine Grados Fahrenheit 3) R  xF    459.67R  1F   1F  Grados Fahrenheit Grados Rankine 4) F  xR  459.67R    1R   1.0C  Grados Celsius Grados Fahrenheit 5) C  xF  32F    1.8F   1K  Kelvin Grados Celsius 6) K   xC  273.15C     1C   1.8 R  Grados Rankine Kelvin 7)  R  xK    1.0 K   1.0 K  Kelvin Grados Rankine 8) K  x R    1.8 R  - 11 -
  • 14. VOLUMEN El Volumen es la cantidad de espacio ocupado por un cuerpo. La unidad derivada de volumen en el Sistema Internacional de Unidades (S. I.) es el metro cúbico (m 3), sin embargo existen otras unidades que tienen gran uso en la vida cotidiana, como el litro, por ejemplo. Algunas equivalencias que pueden ser útiles son las siguientes: 1L=1 000mL=1 000 000L (Recuerde que 1 000=1X103=103 y que 1 000 000=1X106=106) 1 m3 = 103 L = 106 mL 1 m3 = 103 dm3 = 106 cm3 Por lo cual se deduce que: 1L = 1 dm3 y 1 mL = 1 cm3 1 in3 = 16.387 cm3 1 ft3 = 28.32 L 1 yd3 = 764.55 L 1gal = 3.785 L CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA La materia se puede clasificar, con base en su composición y propiedades, en dos grandes categorías: sustancias y mezclas. - 12 -
  • 15. SUSTANCIAS Una sustancia es una muestra de materia que tiene composición idéntica y, en condiciones iguales, idénticas propiedades. Una sustancia puede ser un elemento o un compuesto. ELEMENTOS Un elemento es una sustancia pura que no se puede separar en otras más sencillas por medios químicos (Definición propuesta por Antoine Laurent Lavoisier). Para representar a los elementos químicos se utilizan una serie de símbolos que constan de una o dos letras; en el primer caso la letra debe ser mayúscula y en el segundo de los casos, la primera es mayúscula y la segunda será, obligatoriamente, minúscula. Los símbolos son empleados por conveniencia, para reducir tiempo, dinero y esfuerzo. Es más fácil escribir: Que: H Hidrógeno B Boro C Carbono N Nitrógeno O Oxígeno F Flúor Hay elementos cuyos símbolos son tomados de la letra inicial del nombre y otra letra cualquiera, por ejemplo: Elemento: Símbolo: Helio He Litio Li Berilio Be Magnesio Mg Aluminio Al Radón Rn Sin embargo también hay elementos cuyo nombre no coincide con su símbolo. En ese caso, con toda seguridad, el símbolo fue tomado de la raíz del nombre, generalmente latina o griega, aunque hay raíces provenientes de otros idiomas. - 13 -
  • 16. Actividad 5: Detecte, en la tabla periódica de los elementos químicos, cuáles son los elementos en los que no hay coincidencia entre el símbolo y el nombre e indague cuál es la raíz de la que fue tomado el símbolo. Guíese en los ejemplos: Elemento: Símbolo Raíz: Significado Se asienta el origen Sodio Na Del latín Natrum de la palabra, pero no su significado. Fósforo P Phosphorus Portador de luz - 14 -
  • 17. COMPUESTOS Los átomos de muchos elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos. Un compuesto es una sustancia pura que se puede descomponer en otras más sencillas o en los elementos que lo forman empleando métodos químicos (Definición propuesta por Antoine Laurent Lavoisier). H2CO3  CO2  H2O  1 H2O  H2  O2  2 Así pues, el agua es un compuesto formado por Oxígeno (O) e Hidrógeno (H) en una proporción fija de 2 átomos de H por 1 de O, que equivalen al 11.19% en masa de H y al 88.81% en masa de O, sin importar que el agua provenga del Río Bravo, del Mar Negro o de la capa más profunda de hielo de la Antártida. Si otro compuesto está formado por los mismos elementos que el agua, pero la proporción en masa no es la misma, las propiedades del segundo compuesto, con toda seguridad serán distintas, tal como lo demuestra la tabla 1. Tabla 1. Propiedades del Agua y del Agua Oxigenada Compuesto: Agua Agua Oxigenada Fórmula Química: H2O H2O2 Estado de Líquido Líquido agregación: % en masa de H: 11.19% 5.93% % en masa de O: 88.81% 94.07% Olor: Inodora Inodora Color: Incolora, en pequeñas cantidades Incolora Sabor: Insípida Amargo Masa Molar: 18.01534 g/mol 34.01474 g/mol Punto de Fusión: 0°C -0.4°C Punto de Ebullición: 100°C 150.2°C - 15 -
  • 18. Densidad: 1.00 g/cm3 1.40 g/cm3 Blanqueador de vestimentas, Usos comunes: Solvente, agente de limpieza cabello y piezas dentales  Ingestión: Necesaria para la vida; su consumo excesivo puede producir dolores de cabeza, confusión y  Ingestión: Serios daños, calambres. Puede ser fatal en atletas. posiblemente fatal.  Inhalación: No es tóxica. Puede  Inhalación: Irritación severa, disolver el surfactante de los posiblemente fatal. Riesgos: pulmones. La sofocación en el agua  Piel: Agente aclarante y se denomina ahogo. desinfectante. Causa ardor casi  Piel: La inmersión prolongada puede inmediatamente. causar descamación.  Ojos: Peligroso.  Ojos: No es peligrosa para los ojos, a no ser que tenga cloro, con el cual los ojos se irritan. MEZCLAS Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en las que éstas conservan sus propiedades distintivas. Las mezclas no poseen composición constante. Por tanto, las muestras de aire obtenidas en diferentes ciudades probablemente diferirán en su composición a causa de diferencias de altitud y contaminación atmosférica. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. En las mezclas homogéneas (también llamadas soluciones) la composición es uniforme, mientras que en las mezclas heterogéneas no. Algunos ejemplos familiares de las primeras son el aire, los refrescos, la gasolina, la mayonesa o las amalgamas. Podemos observar ejemplos de las segundas en la sopa de verduras, el pozole, el pan, una tela estampada, algunas medicinas, etcétera. Dependiendo del tamaño de las partículas, las mezclas heterogéneas se dividen en Suspensiones y Coloides. Los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las - 16 -
  • 19. suspensiones. Para clasificar una sustancia como coloidal, las dimensiones de las partículas del soluto están comprendidas entre 10 y 100 nm (1 nanómetro (nm) = 1x10-9 m) mientras que las moléculas en solución miden entre 0.1 y 10 nm. Si las dimensiones de las partículas del soluto sobrepasan los 100 nm, entonces se trata de una suspensión. En la Tabla 2 se mencionan las principales diferencias entre soluciones, coloides y suspensiones. Tabla 2. Diferencias entre soluciones, coloides y suspensiones Propiedad: Solución Coloide Suspensión Tamaño de las partículas (nm): 0.1 - 10 10 - 100 Mayores de 100 Número de fases: Una Dos Dos Tipo de mezcla: Homogénea En el límite Heterogénea Hay separación al reposar: No No Sí Transparencia: Transparente Intermedia No transparente Fuente: (Facultad de Ciencias Médicas) MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS En la naturaleza, las sustancias se encuentran formando mezclas y compuestos que es necesario separar y purificar, para estudiar sus propiedades tanto físicas como químicas. Los procedimientos físicos por los cuales se separan las mezclas se denominan Métodos De Separación. A continuación presentaremos algunos: 1. Decantación 5. Centrifugación 2. Filtración 6. Cristalización 3. Evaporación 7. Cromatografía 4. Destilación - 17 -
  • 20. 1. DECANTACIÓN: Es la separación mecánica de un sólido de grano grueso, insoluble, en un líquido; consiste en verter cuidadosamente el líquido, después de que se ha sedimentado el sólido. Por este proceso se separan dos líquidos miscibles, de diferente densidad, por ejemplo, agua y aceite. Figura 1 Separación por decantación Figura 2 Embudos de decantación - 18 -
  • 21. 2. FILTRACIÓN: Es un tipo de separación mecánica, que sirve para separar sólidos insolubles de grano fino de un líquido en el cual se encuentran mezclados; este método consiste en verter la mezcla a través de un medio poroso que deje pasar el líquido y retenga el sólido. Los aparatos usados se llaman filtros; el más común es el de porcelana porosa, usado en los hogares para purificar el agua. Los medios más porosos más usados son: el papel filtro, la fibra de vidrio o asbesto, telas etc. En el laboratorio se usa el papel filtro, que se coloca en forma de cono en un embudo de vidrio, a través del cual se hace pasar la mezcla, reteniendo el filtro la parte sólida y dejando pasar el líquido. Figura 4 Embudo Bushner Figura 3 Filtración - 19 -
  • 22. Figura 5 Cribas para gránulos gruesos Figura 6 Filtración al vacío - 20 -
  • 23. 3. EVAPORACIÓN: Es la separación de un sólido disuelto en un líquido, por calentamiento, hasta que el líquido hierve y se transforma en vapor. Como no todas las sustancias se evaporan con la misma rapidez, el sólido disuelto se obtiene en forma pura. Figura 7 Evaporación natural 4. DESTILACIÓN: Es el proceso mediante el cual se efectúa la separación de dos o más líquidos miscibles y consiste en una evaporación y condensación sucesivas, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada uno de los líquidos, también se emplea para purificar un liquido eliminando sus impurezas. En la industria, la destilación se efectúa por medio de alambiques, que constan de una caldera, una retorta, el refrigerante en forma de serpentín y el recolector; mediante este procedimiento se obtiene el agua destilada o bidestilada, usada en las ámpulas o ampolletas que se usan para preparar las suspensiones de los antibióticos, así como el agua destilada para las planchas de vapor; también de esta manera se obtiene la purificación del alcohol, la destilación del petróleo, etc. - 21 -
  • 24. Figura 8 Aparato para destilación 5. CENTRIFUGACIÓN: Proceso mecánico que permite, por medio de un movimiento acelerado de rotación, provocar la sedimentación de los componentes de una mezcla con diferente densidad. Para ello se usa una máquina especial llamada centrífuga. Ejemplo: se pueden separar las grasas mezcladas en los líquidos, como la leche, o bien los paquetes celulares de la sangre, separándolos del suero sanguíneo. Figura 9 Centrífuga de alta velocidad - 22 -
  • 25. Figura 10 Centrifugación diferencial 6. CRISTALIZACIÓN: Separación de un sólido soluble y la solución que lo contiene, en forma de cristales. Los cristales pueden formarse de tres maneras:  Por fusión: para cristalizar una sustancia como el azufre por este procedimiento, se coloca el azufre en un crisol y se funde por calentamiento, se enfría y cuando se ha formado una costra en la superficie, se hace un agujero en ella y se invierte bruscamente el crisol, vertiendo el líquido que queda dentro. Se observará una hermosa malla de cristales en el interior del crisol. Figura 11 Cristales de azufre - 23 -
  • 26.  Por disolución: Consiste en saturar un líquido o disolvente, por medio de un sólido o soluto y dejar que se vaya evaporando lentamente, hasta que se han formado los cristales. También puede hacerse una disolución concentrada en caliente y dejarla enfriar. Si el enfriamiento es rápido, se obtendrán cristales pequeños, y si es lento, cristales grandes. Figura 12 Formación de estalactitas  Sublimación: Es el paso directo de un sólido gas, como sucede con el yodo y la naftalina al ser calentados, ya que al enfriarse, los gases originan la cristalización por enfriamiento rápido. Figura 13 Sublimación de Yodo - 24 -
  • 27. 7. CROMATOGRAFÍA: Es un procedimiento para separar, identificar y determinar con exactitud la cantidad de cada uno de los componentes de una mezcla líquida colorida. Consiste en poner en contacto directo una fase móvil y una fase estacionaria. Existen dos variantes: la Cromatografía en Papel y la Cromatografía en Columna. Figura 14 Cromatografía en papel Figura 15 Cromatografía en columna - 25 -
  • 28. ESTADOS DE AGREGACIÓN La materia existe en 5 estados de agregación: Condensado de Bose-Einstein, Sólido, Líquido, Gas y Plasma. Aunque más del 90% de la materia en el universo es Plasma, los tres estados más comunes son sólido, líquido y gas. En un sólido, las moléculas se mantienen juntas de manera ordenada, con escasa libertad de movimiento. Las moléculas en un líquido están cerca unas de otras, sin que se mantengan en una posición rígida, por lo que pueden moverse. En un gas, las moléculas están tan separadas entre sí por grandes distancias en comparación con el tamaño de las moléculas mismas. Ver Figura 16. Las conversiones entre los tres principales estados de la materia son posibles sin que exista un cambio en la composición de la sustancia. El paso del estado sólido al estado líquido se llama Fusión, en tanto que la Vaporización o Evaporación nos indica que una sustancia se transforma de líquido en gas. Hay también un paso directo del estado sólido al estado gaseoso, se llama Sublimación. Los tres procesos anteriores tienen en común que todos ellos consumen energía y por ello son denominados Procesos Endotérmicos. Existen también los pasos inversos, pero cada uno recibe un nombre específico: De gas a líquido: Condensación De líquido a Sólido: Congelación o Cristalización (este último sólo en el caso de que el sólido formado sea un cristal) De gas a sólido: Deposición (o Sublimación inversa) Ver Figura 17. - 26 -
  • 29. Figura 16 Representación microscópica de un sólido, un líquido y un gas. Figura 17 Conversiones de Estado Físico - 27 -
  • 30. BIBLIOGRAFÍA WIKIPEDIA. (2012). Recuperado el 12 de 08 de 2012, de WIKIPEDIA. Chang, R. (2007 Química). Química (9a ed.). México: Mc Graw Hil. Facultad de Ciencias Médicas. (s.f.). Tutorial de coloides. Recuperado el 30 de Julio de 2012, de http://medicina.usac.edu.gt/quimica/coloides/Coloides_1.htm Jiménez Prieto, R., & Torres Verdugo, P. (2012). Recuperado el 20 de diciembre de 2012, de http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/35_las_reacciones_quimicas/curso/lrq_cfq.html - 28 -