Tema 3. La diversidad de la materia

1. Clasificación la materia

Según su composición, la materia se puede dividir en dos grandes grupos: sustancias puras y mezclas.

2. Mezclas

En la mayoría de los casos, la materia que nos rodea se encuentra en forma de mezclas. Una mezcla es una composición de varias sustancias puras con diferentes propiedades.

Podemos diferenciar entre mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas.

2.1 Mezclas homogéneas

Las mezclas homogéneas (disoluciones) están formadas de componentes que no se pueden ver a simple vista. La mezcla es uniforme y sus propiedades son las mismas en cualquiera de sus puntos.

2.2 Mezclas heterogéneas

Las mezclas heterogéneas están formadas de componentes que sí se pueden ver a simple vista. La mezcla es no es uniforme y sus propiedades son diferentes en distintos puntos.

Actividad 3.1 |  Alcohol, agua y aceite, por separados, son sustancias de aspecto homogéneo. Qué mezclas hay que hacer entre ellas para tener: a) Una mezcla heterogénea. b) Una mezcla homogénea.

2.3 Mezclas de interés

Las aleaciones son básicamente una mezcla homogénea de dos o más metales.

Para fabricar una aleación, los metales son calentados hasta fundirse. Una vez fundidos se combinan para formar la mezcla y se enfría hasta solidificar. De esta forma, las propiedades de los metales se mejoran en muchos casos.

Actividad 3.2 |  Busca información sobre la composición, propiedades y usos de las siguientes aleaciones: duraluminio, acero inoxidable, bronce y latón.

Los coloides son mezclas heterogéneas con aspecto homogéneo. Consisten en partículas muy pequeñas de sólido, líquido o gas suspendidas en otro medio, que también puede estar en cualquier estado.

Actividad 3.3 |  Clasifica las siguientes sustancias en mezclas homogéneas, mezclas heterogéneas, aleaciones o coloides: leche, bronce, nata montada, latón, arena-agua, azúcar-agua, mayonesa, sal-agua, agua-alcohol, piedra, acero, tinta, aceite-petróleo, esprays, suelo, sangre y duraluminio.

3. Disoluciones

Una disolución es una mezcla homogénea de varias sustancias en proporción variable. El componente de mayor proporción es el disolvente (generalmente agua) y los otros componentes son los solutos.

La masa del soluto que se disuelve en un volumen fijo de disolvente es la solubilidad. Sin embargo, hay un límite en la cantidad máxima que puede disolverse y el soluto se deposita en el fondo. Atendiendo a esto se deducen cuatro situaciones: 

Actividad 3.4 |  Indica el disolvente y el o los solutos de las siguientes disoluciones: a) Cola-cao con azúcar; b) Gaseosa; c) Acero inoxidable; d) Agua de mar ; e) Chocolate en polvo disuelto en agua; f) Suero fisiológico; g) Aire.

La concentración de una disolución expresa, de forma numérica, la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución. Este cociente se puede expresar de diferentes formas y en distintas unidades:

3.1 Porcentaje en masa

Actividad 3.5 |  Calcula el tanto por ciento en masa de las siguientes disoluciones: a) 40 g de sal en 250 g de agua; b)  2 g de yodo en 150 g de alcohol.

Actividad 3.6 |  En el envase de esta crema antiinflamatoria podemos leer "Gel al 0,5%". Si el envase de la crema es de 40 g, ¿qué cantidad de piroxicam contiene el envase? ¿Será el piroxicam el disolvente de la disolución?

3.2 Porcentaje en volumen

Actividad 3.7 |  Calcula el porcentaje en volumen de una disolución de 200 cm3 de ácido sulfúrico (H2SO4) en 2 kg de agua. Dato: Densidad del agua = 1 kg/L.

Actividad 3.8 | Calcula el volumen de alcohol etílico que hay en una botella de whisky de 750 mL cuya etiqueta indica que su concentración es del 40%. 

▌El grado alcohólico de una bebida indica el volumen de alcohol etílico (etanol) puro que contiene por cada 100 mL de bebida. Cuanto mayor es el grado alcohólico, más tóxico resulta para el organismo.

Actividad 3.9 | Ordena estas cuatro bebidas alcohólicas de mayor a menor graduación.

Actividad 3.10 | En la etiqueta de un colutorio podemos leer: Fluoruro de sodio 0,0221 %, eucaliptol 0,0922 %, mentol 0,0425 %, timol 0,0639 %, salicilato de metilo 0,066 %.

Si el frasco de colutorio es de 500 mL, ¿cuál es el volumen de cada una de estas sustancias en el frasco?

3.3 Concentración en g/L

Actividad 3.11 | Un refresco de 330 mL contiene 4·104 mg de azúcar. Calcula la concentración de la disolución en g/L. 

Actividad 3.12 | Calcula la masa de soluto que contiene una disolución de 250 mL si su concentración es de 16 g/L.

Actividad 3.13 | 1 g de cloruro de sodio se disuelve en:

a) 100 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

b) 250 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

c) 500 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

Actividad 3.14 | 2 g de cloruro de sodio se disuelven en:

a) 200 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

b) 500 mL de agua para obtener una disolución con una concentración en masa en g/L de:

Actividad 3.15 | Si conocemos la concentración de una disolución, podemos calcular la cantidad de soluto que hay en un volumen determinado de la misma. ¿Cómo prepararías, por ejemplo, una disolución de cloruro de sodio en agua, con una concentración de 10 g/L, si solo dispones de matraces de 250 mL?

▌En la etiqueta de los jarabes medicinales suele aparecer la concentración del principio activo en mg/mL.

Actividad 3.16 | Calcula, en g y mg, la cantidad de ibuprofeno en el Dalsy y la cantidad de paracetamol en el Apiretal.

PRÁCTICA DE LABORATORIO | Preparación de disoluciones.

4. Técnicas de separación de mezclas

Estamos rodeados de mezclas que son muy útiles. Sin embargo, en muchas ocasiones necesitamos separar componentes. Vamos a ver las distintas técnicas para lograrlo:

4.1 Separación de mezclas heterogéneas

Separación magnética

Se usa para separar una mezcla heterogénea que contiene alguna sustancia que es atraída por un imán. Al acercarlo a la mezcla atrae el material que queremos separar.

Filtración

Se usa para separar una mezcla heterogénea entre un sólido insoluble en un líquido. Se coloca un papel de filtro en un embudo sobre un matraz. El líquido atraviesa el filtro, pero retiene el sólido.

Decantación

Se usa para separar una mezcla heterogénea de dos líquidos inmiscibles o de diferente densidad. Se usa un embudo de decantación con una llave que permite cortar el paso de líquido cuando el más denso (que estaba en la parte inferior) ha salido.

4.2 Separación de mezclas homogéneas

Evaporación y cristalización

Se usa para separar un sólido disuelto en un líquido. Se calienta o se evapora el líquido de forma natural hasta que el sólido disuelto aparece en forma de cristales.

Destilación

Se usa para separar dos líquidos con distinto punto de ebullición. Consiste en aplicar calor hasta que el líquido con menor punto de ebullición se vaporiza. Posteriormente se condensa y se recoge en un recipiente, de nuevo como líquido.

Cromatografía

Se usa para separar los componentes de una mezcla, según la mayor o menor afinidad de cada uno de ellos por el disolvente empleado.

Una de las técnicas de cromatografía más sencillas es la cromatografía en papel, que utiliza una tira de papel de filtro.

Este método se utiliza para separar los pigmentos fotosintéticos (clorofila, carotenos, etc.) de las espinacas y otros vegetales.

Actividad 3.17 | Indica cómo separarías los componentes de las siguientes mezclas: a) Tierra y agua; b) Limaduras de hierro y agua; c) Gasolina y agua; d) Limaduras de hierro y sal; e) Azúcar y harina; f) Arena, sal y agua; g) Arena, hierro y sal; h) Los pigmentos vegetales de las espinacas.

PRÁCTICA DE LABORATORIO | Separa los componentes de diferentes mezclas usando los métodos apropiados en cada caso.

5. Sustancias puras

Una sustancia pura es la materia formada por un solo componente. Por ejemplo: oxígeno, agua, sal, glucosa… Las principales características de una sustancia pura son:

5.1 Sustancias simples o elementos

Las sustancias puras que están formadas por un solo tipo de partículas se conocen como sustancias simples o elementos, y no pueden separarse por ningún tipo de método (ejemplos: plata, oro, sodio, cobre). Actualmente se conocen 108 elementos químicos, que aparecen ordenados en la Tabla Periódica con sus símbolos: Ag, Au, Na, Cu.

5.2 Compuestos

Las sustancias puras que están formadas por diferentes elementos se les denominan compuestos, y se pueden separar en sus elementos por métodos químicos, como la electrólisis o la descomposición térmica (ejemplos: agua oxigenada, sal común, óxido de mercurio, sulfato de cobre). Se representan mediante fórmulas químicas: H2O2, NaCl, HgO, CuSO4. 

Actividad 3.18 | Identifica las sustancias puras y las mezclas en la imagen.

Actividad 3.19 | De las sustancias puras anteriores, diferencia los elementos y los compuestos.