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Seminario N°1 Materia

1) ¿Qué estudia la Química? La química es aquella ciencia aplicada al estudio de la materia, es decir, de su composición, estructura, características y de las alteraciones o modificaciones que pueda sufrir a raíz de determinados procesos. Si bien se considera el estudio de la materia en su totalidad, esta ciencia se dedica específicamente al estudio de cada molécula o átomo que compone la materia. 2) Explicar qué entiende por materia. Llamamos materia a todo aquello que ocupa un lugar determinado en el universo, posee una cantidad determinada de energía y está sujeto a interacciones y cambios en el tiempo, que pueden ser medidas. Desde un punto de vista químico, la materia es el conjunto de los elementos constituyentes de la realidad perceptible, o sea, lo que constituye las cosas a nuestro alrededor y a nosotros mismos. 3) ¿En qué formas o estados se presenta la materia? La materia puede existir en tres estados físicos: gas (también se lo conoce

como vapor), líquido y sólido.

4) ¿Cuáles son los procesos que relacionan los distintos estados de la materia? Explicarlos. La FUSIÓN es el proceso mediante el cual se lleva a un sólido al estado líquido, normalmente a través de un incremento en su temperatura (adición de calor). Esto se debe a que la energía adicional incrementa la movilización de las partículas, separándolas de la estructura apretada que les confiere su solidez. La EVAPORACIÓN es el proceso que convierte materia líquida en gaseosa, también a través de la añadidura de calor. Esta energía extra separa aún más sus partículas levemente unidas y permite que adquieran el disperso estado gaseoso, por lo general ascendiendo al ser menos denso que el aire. La SUBLIMACIÓN es el proceso que transforma la materia sólida en gaseosa directamente, sin pasar por el estado líquido. Normalmente requiere condiciones de presión muy específicas, como ocurre con el hielo o la nieve en las alturas de las montañas, que no puede fundirse en líquido por la baja temperatura a la que se encuentra, pero sí puede pasar directamente a vapor. La SOLIDIFICACIÓN es el proceso inverso de la fusión, es decir, el que transforma la materia líquida en sólida. Comúnmente se efectúa a través de la extracción de energía calórica, o sea, el enfriamiento, lo cual enlentece el movimiento de las partículas y les permite atraerse con mayor intensidad entre sí. La CONDENSACIÓN O LICUEFACCIÓN son dos procesos semejantes, en que la materia en estado gaseoso se convierte en estado líquido. La diferencia entre ambos es que el primero, la condensación, ocurre debido al contacto del gas con una superficie más fría, como en el caso del rocío que se forma durante la madrugada sobre las ventanas. En el segundo caso, en cambio, el factor modificado es la presión, como ocurre con los gases empleados para cocinar, que vienen comprimidos en bidones. La DEPOSICIÓN, también llamada sublimación inversa, es el proceso que pasa la materia del estado gaseoso al sólido, directamente, sin pasar por el líquido primero. Es el proceso opuesto a la sublimación, y suele darse ante condiciones de presión y temperatura específicas, que forman cristales de materia a partir del gas disperso en el contenedor. 5) ¿Qué diferencia hay entre cuerpo y sustancia? Cuerpo: Un cuerpo es una porción limitada de materia. Un cuerpo puede estar formado por una o varias sustancias. Sustancia (o material): Es el tipo o clase de materia que forma un cuerpo (da información sobre de qué están hechos los cuerpos) Existen muchas clases de sustancias que se diferencian unas de otras por sus propiedades. 6) Discutir la validez de las siguientes afirmaciones. a) b) c) d)

Todo cuerpo es materia: Si, el cuerpo es una porción limitada de materia. Cuerpos iguales están constituidos por igual clase de materia. No necesariamente Cuerpos diferentes están constituidos por diferente clase de materia. No necesariamente La misma clase de materia puede constituir cuerpos iguales o diferentes. Si

La materia se presenta como cuerpos diferentes, porque están constituidos por distintos materiales.

7) ¿Qué entiende por propiedades intensivas y extensivas? Ejemplifique. Las propiedades extensivas son aquellas que varían con Por ejemplo el volumen, 1 litro de agua tiene el doble de volumen Las propiedades intensivas son aquellas que no varían con Por ejemplo el punto de fusión, en el caso del hielo, a presión normal, de hielo que se considere.

la cantidad de materia considerada. que 1/2 litro, aunque sigue siendo agua. la cantidad de materia considerada. es 0ºC independientemente de la cantidad

8) Indicar cuáles de las siguientes transformaciones son físicas y cuáles químicas. Justificar. a) Azúcar + agua → solución azucarada Fenómeno físico: el fenómeno se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia no es permanente. La solución azucarada se puede separar por métodos mecánicos. b) Agua líquida → vapor de agua Fenómeno físico: el fenómeno se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia no es permanente. Enfriando el vapor de agua se obtiene nuevamente agua líquida. c) Oxido de Mercurio → Mercurio + Oxígeno Fenómeno químico: el fenómeno no se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia es permanente. No se puede obtener óxido de mercurio mezclando mecánicamente el mercurio y el oxígeno. d) Carbonato de Calcio → dióxido de Carbono + óxido de Calcio Fenómeno químico: el fenómeno no se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia es permanente. No se puede obtener carbonato de calcio mezclando mecánicamente el dióxido de carbono y el óxido de calcio. e) Salmuera → agua + cloruro de Sodio Fenómeno físico: el fenómeno se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia no es permanente. Mezclando agua y sal obtenemos nuevamente salmuera. f) Combustión del carbón Fenómeno químico: el fenómeno no se puede repetir con la misma materia inicial y, el cambio que sufre la materia es permanente. La combustión del carbón produce vapor de agua y dióxido de carbono que, mezclándolos, no se obtendría carbón. 9) Definir: sistema homogéneo, sistema heterogéneo, fase de un sistema. Dar ejemplos con mezclas y sustancias puras. Un sistema homogéneo presenta en todas sus porciones (cualquiera que sea analizada) iguales propiedades cualitativas. Esto significa que, si se examina una parte determinada de agua con sal diluida y luego se repite la misma operación con otra parte, sus cualidades son las mismas. El sistema, cuando es homogéneo, no presenta discontinuidad en el mismo. Pertenecen a esta clasificación aquellos sistemas en los que en toda su masa posee iguales propiedades químicas y físicas. Esa “zona” que presenta propiedades idénticas se llama fase y es un concepto muy importante en química, pues todo sistema homogéneo presenta sólo una sola fase. Pero cuidado, muchas veces esa fase puede estar formada por más de un componente. Sustancia pura: Sistema material homogéneo formado por un solo componente. Pueden ser Elementos (como el cobre) o Compuestos (como el agua destilada). Mezcla homogénea o disolución: Sistema material homogéneo formado por la unión de dos o más componentes. Ejemplos: Azúcar en agua, aire, vino, etc. Un sistema heterogéneo, pertenecen a esta clasificación los sistemas en los que en diferentes partes del mismo tiene propiedades químicas y físicas distintas, presentando superficies de discontinuidad. Un sistema heterogéneo, a diferencia del anterior, presenta en todas sus porciones (cualquiera sea analizada) distintas propiedades intensivas, pudiéndose observar además superficies de separación. Por ejemplo: el agua con aceite, la niebla (aire con gotas de agua) o agua de río con pepitas de oro. 10) ¿Puede separase por métodos físicos una sustancia pura? ¿Puede existir un sistema homogéneo formado por más de una sustancia pura? Ejemplifique. Una sustancia pura no se puede separar por métodos físicos. Si pueden existir un sistema homogéneo puede tener más de 2 o 3 sustancias, siempre y cuando y no distingan, por ejemplo, agua, alcohol.

11) ¿Cómo haría para preparar una solución saturada de cloruro de Sodio a 25°C? En un recipiente que contenga agua a 25 °C, agrego cloruro de sodio agitando y manteniendo la temperatura indicada, continúo con esta operación hasta que precipite el cloruro de sodio excedente. La fase líquida es la solución requerida. 12) Dar un ejemplo de un sistema heterogéneo formado por una sola sustancia pura. Un ejemplo de un sistema heterogéneo formado por una sola sustancia pura puede ser agua con hielo, es la misma sustancia pura, pero en dos estados diferentes, en los que se pueden identificar las fases. 13) ¿Cómo haría para saber si una solución de un sólido en agua está saturada o sobresaturada? Para saber si una solución está saturada, insaturada o sobresaturada, debemos evaluar qué cantidad de soluto puede disolver cierto solvente a una temperatura dada. De manera que la mezcla estará insaturada si la cantidad de soluto que se ha disuelto es menor a la cantidad de soluto que el solvente puede aceptar. Estará saturada si la cantidad de soluto que se ha agregado es igual a la cantidad de soluto que esta solución puede aceptar Estará sobresaturada si se le ha agregado mayor cantidad de soluto que la que el solvente puede resolver. Cuando una solución esta sobresaturada, puede verse restos de soluto depositados debajo de la mezcla. 14) ¿Puede dar ejemplos de un sistema heterogéneo formado por dos fases gaseosas? ¿Por qué? Si son dos fases gaseosas imagínate el humo de cualquier cosa, por ejemplo, humo de cigarrillo, vapor de agua, smog, etc. Ahora junta de a dos cualquier humo que se te ocurra de forma tal de ver esos dos de forma separada y listo, tienes un sistema heterogéneo formado por dos fases gaseosas. Cuando ves salir de alguna chimenea el humo negro, tu sistema sería el aire y parte del humo de dicha chimenea, las fases ambas gaseosas son el aire y el humo y los podes distinguir perfectamente a los dos por separado. 15) En los siguientes sistemas heterogéneos, ¿cuántas y cuáles son las fases y cómo podría separarlas? a) Agua, aceite y 10 esferas de Plomo : Son 3 fases. Por sedimentación separo las bolitas de plomo. Por decantación separo el agua del aceite. b) Arena, arcilla, solución acuosa de cloruro de Sodio y cloruro de Sodio sólido : Son 4 fases. Agrego agua hasta disolver todo el cloruro de sodio, quedando 3 fases, separo la parte líquida por filtración, para separar el agua del cloruro de sodio empleo evaporación del agua y posterior condensación en otro recipiente. Luego dejo secar las dos fases restantes (arena y arcilla), como la arcilla es más liviana que la arena, la separo por levigación. c) 5 trozos de hielo, Oxígeno, dióxido de Carbono (CO2 gas) y hielo seco (CO2 sólido): Son 3 fases. El agua sólida (hielo) la separo por sedimentación. Luego enfrío la mezcla restante hasta que todo el dióxido de carbono gaseoso se solidifique, finalmente lo separo del oxígeno por sedimentación. 16) Indicar que nombre reciben y dé ejemplos de los tipos de dispersiones que se indican a continuación: a) Fase dispersa sólida y medio dispersante líquido: Suspensión, ej. arena en agua, tinta china. b) Fase dispersa sólida y medio dispersante gaseoso: Suspensión, ej. humo. c) Fase dispersa líquida y medio dispersante gaseoso: Suspensión, ej. niebla, espuma. 17) Dado un sistema homogéneo, ¿cómo puede decirse si se trata de una sustancia pura o una solución? Las sustancias puras tienen propiedades intensivas constantes que resisten los procedimientos mecánicos y físicos del análisis. Las soluciones están constituidas por dos o más sustancias puras o especies químicas, no resisten los procedimientos mecánicos. 18) Indicar cuáles de los sistemas homogéneos son soluciones y cuáles sustancias puras: a) b) c) d)

Hierro: Es una sustancia pura. Aire filtrado y seco: Es una sustancia pura. Carbonato de magnesio: Es una sustancia pura. Agua potable: Es una solución.

19) Indicar si es correcto o incorrecto. Una mezcla se caracteriza por: a) Tener una composición variable. b) Ser el resultado de un fenómeno químico. c) Tener siempre un componente sólido. d) Ser visible a simple vista. La correcta es la (a) 20) Indicar si es correcto o incorrecto. Recibe el nombre de sublimación el: a) Pasaje de sólido a líquido. b) Pasaje de líquido a gas. c) Pasaje de sólido a gas. d) Pasaje de gas a sólido. La correcta es la (d) 21) Explique métodos que se pueden aplicar para la separación de los componentes de un sistema (destilación simple, destilación fraccionada, filtración, centrifugación, decantación, etc.) DESTILACIÓN SIMPLE: Técnica utilizada en la purificación de líquidos cuyo punto de ebullición es inferior a 150ºC a la presión atmosférica. Útil para eliminar impurezas no volátiles También sirve para separar dos líquidos con puntos de ebullición que difieran en al menos 25ºC. El vapor formado por la ebullición del componente, simplemente se condensa y se recoge en el matraz. DESTILACIÓN FRACCIONADA: Técnica que se utiliza en la separación de sustancias cuyos puntos de ebullición difieren entre sí menos de 25ºC. La diferencia con la destilación simple es que incorpora una columna de fraccionamiento (o de rectificación) entre la disolución y el refrigerante. La columna de fraccionamiento consta de un tubo largo de vidrio que lleva en su interior un relleno inerte (hélices de vidrio) o unos platos de condensación. La columna aporta una gran superficie para el intercambio entre el vapor que sube y el condensado que desciende, lo que hace posible una serie de vaporizaciones y condensaciones a lo largo de la columna. CRISTALIZACIÓN: se emplea para separar sólidos que cristalizan de la solución en la que se hallan disueltos. Se deja reposar al sistema en un recipiente de boca ancha y al cabo de unas horas se observan los cristales. Ej.: sulfato cúprico en agua. CROMATOGRAFIA: las moléculas de una sustancia pueden tener, de acuerdo con el tipo de unión química que posean una distribución no homogénea de cargas eléctricas, lo que genera un fenómeno llamado POLARIDAD. Esta polaridad regula dos mecanismos que, a veces, están en competencia; la adsorción de unas sustancias por otras que la retienen en la superficie y la solubilización por parte de un solvente que trata de llevar a esas sustancias retenidas al seno de la solución que tiende a formar. FILTRACIÓN: Permite separar una fase sólida insoluble de una fase líquida. Las impurezas y sustancias no disueltas pueden separarse por filtración. El material filtrante es en general un medio poroso: papel de filtro, algodón, lana de vidrio. En el laboratorio se usa fundamentalmente el papel de filtro. Para el doblado del papel de filtro se procede de la siguiente manera: 1. Se dobla la hoja de papel por la mitad, 2. Se dobla nuevamente, 3. Se abre con precaución el filtro, dándole forma de cono. Una vez preparado el papel de filtro se coloca en el embudo y sujetándolo con el dedo, se humedece con un poco de agua destilada para fijarlo al embudo. DECANTACIÓN: Permite separar dos líquidos no miscibles o un sólido de un líquido aprovechando su diferente densidad. Ej.: agua y aceite. CENTRIFUGACIÓN: Es una decantación acelerada por medio de la fuerza centrífuga (lo que lo hace un método rápido). Se emplea en los mismos casos que el método anterior. EVAPORACIÓN: permite separar un sólido solubilizado en un disolvente. Se entrega calor para evaporar al solvente. Ej.: agua salada. IMANACIÓN: permite separar sólidos donde uno de ellos sea atraído por un imán por presentar propiedades magnéticas. Ej.: azufre de hierro. FLOTACIÓN: permite separar sólidos de distinta densidad al agregar un líquido. Ej.: separar arena y corcho por el agregado de agua. LEVIGACIÓN: se emplea para separar sólidos de distinto peso, donde los más livianos son arrastrados por una corriente de agua o aire. Ej.: arenas auríferas, el agua arrastra la arena y sedimentan las pepitas de oro. TAMIZACIÓN: se emplea para separar sólidos de distinto diámetro de partícula usando una serie de tamices. Ej.: harina de la cáscara de cereal. SUBLIMACIÓN Y VOLATILIZACIÓN: permite separar sustancias sólidas donde al menos una pasa del estado sólido a gas y nuevamente a sólido sin pasar por el líquido. Ej.: yodo de arena.

22) Nombrar diferentes procesos de separación de mezclas en los distintos estados de agregación. Tamizar consiste en separar mecánicamente un sólido mezclado con otro aprovechando diferencias de tamaño entre sus partículas. Ej.: Tamizado para separación de carbón en polvo de minerales no combustibles. Decantar consiste en separar mecánicamente el componente líquido, volcándolo a otro recipiente, mientras el sólido queda en el fondo. Ej.: Decantación en piletas para separar barros de agua a potabilizar. La filtración se realiza haciendo pasar la mezcla por un material poroso como papel de filtro, tela, algodón, etcétera. El material filtrante retiene el componente cuyas agrupaciones de partículas sean más grandes que sus poros. Ej.: Filtración de agua a través de porcelana porosa para eliminar bacterias....