Actividad 10. Mezclas, compuestos y elementos químicos.
La materia forma todo lo que nos rodea, y ya
vimos que en la Tierra podemos encontrarla en tres estados físicos: sólido,
líquido y gaseoso. En general, las sustancias que encontramos en la naturaleza
y que usan las personas, se encuentran en forma de mezclas, como ocurre, por
ejemplo, en los minerales y en el agua de mar. A través de algunos métodos y
técnicas, los seres humanos hemos aprendido a separar las distintas partes de
las mezclas y obtener sustancias puras: compuestos como el agua o elementos
como el oxígeno.
Observe la siguiente actividad.
¿Qué
líquido apareció en la pared exterior del
recipiente?
¿Dé
donde proviene?
Si alguien
vive en un lugar muy seco y caluroso, tal vez no se deposite ningún líquido en
las paredes del recipiente. En ese caso, ¿qué es lo que falta en el aire de su
comunidad que hace que esté tan “seco”?
Lea las
respuestas a sus compañeros y compañeras.
Estados de
agregación de la materia
En la cocina
tenemos ejemplos de sustancias que se ven y se comportan de manera muy
distinta, de acuerdo a su estructura y propiedades. Observe las figuras de la
derecha.
Esta actividad funciona mejor en
lugares húmedos. ¿Por qué?
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¿En qué forma o estado físico se
encuentra el agua en cada figura?
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¿Tiene eso algo que ver con la
temperatura? ¿Por qué?
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Toda la materia está formada por
pequeñas partículas llamadas átomos y moléculas, que se unen entre sí a
través de fuerzas. A estas fuerzas se las conoce como fuerzas de cohesión, y
a medida que las fuerzas son mayores, más cerca se encuentran las partículas
unas de otras. Cuando las partículas se compactan, se tiene una sustancia en
estado sólido, por ejemplo, un trozo de metal o un cristal de azúcar. Cuando
la temperatura aumenta, la movilidad entre las partículas es mayor y
disminuyen las fuerzas de cohesión, por lo que la materia se transforma en
estado líquido y, si la temperatura sigue aumentando, finalmente en gaseoso.
Si coloca un vaso con hielo, puede observar el agua presente en el aire
condensarse sobre el vidrio. Al bajar la temperatura, hay un cambio de fase
de vapor a líquido. Cada estado de la materia tiene propiedades distintas que
lo caracterizan. Los sólidos tienen forma propia, volumen fijo y no fluyen.
Los líquidos tienen volumen fijo,
pero su forma depende del recipiente que los contiene y prácticamente no se
pueden comprimir. Los gases no tienen forma ni volumen fijos, ya que las
fuerzas de cohesión molecular son pequeñas y permiten que las moléculas se
encuentren separadas, desordenadas y con gran movimiento.
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El azufre, el alcohol y el gas butano
son ejemplos de sustancias puras en los tres estados de agregación.
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Ponga a prueba sus conocimientos
Arrastre
cada dibujo según el estado de agregación que corresponda. Anote un ejemplo de
sustancia que pudiera ser representada por cada ilustración, a temperatura
ambiente.
Sobre cómo
influyen la presión y la temperatura en las transformaciones física de la
materia. Lea en su Antología, "Transformaciones del estado físico de la
materia".
Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas
En su cocina
se pueden encontrar y preparar sustancias con aspecto y textura muy distintos.
Por ejemplo: en la siguiente imagen tenemos diferentes recipientes uno con agua
de tamarindo, otro con vinagreta para ensalada y otro con un poco de leche de
magnesia. Observe las tres sustancias. ¿Cómo son cada una?
Ejemplo de mezclas heterogéneas.
Mezcla heterogénea
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Semejanza
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Diferencia
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Agua de
tamarindo
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Vinagreta
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Leche de
magnesia
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Intercambie
sus respuestas con sus compañeros y compañeras y enriquezca su lista de
semejanzas y diferencias.
COMUNIDAD
Las mezclas
existen en abundancia a nuestro alrededor. Si se ponen en contacto dos o más
sustancias distintas y entre ellas no ocurren cambios químicos, se tiene una
mezcla. Hay mezclas en todos los estados de agregación, por ejemplo, el aire es
una mezcla en estado gaseoso; el agua potable lleva disuelto aire y sales, es
una mezcla; una roca formada por distintos minerales es un ejemplo de mezcla en
estado sólido. Según su aspecto y propiedades, las mezclas se separan en
homogéneas y heterogéneas. La palabra homogéneo indica que la mezcla es
uniforme en todas sus partes, o que se ve igual en toda la muestra, como ocurre
con el agua que lleva sal o azúcar disueltas. Una mezcla es heterogénea si se
puede distinguir una separación entre sus componentes, como ocurre con una
emulsión de aceite en agua.
Sobre este
tema, revise en su Antología la lectura:“Tipos de mezclas y métodos físicos
de separación” (III.5).
El aire, una mezcla invisible
El aire es
una mezcla de gases cuyos componentes no podemos distinguir mediante los
sentidos. Entre los distintos tipos de gases que forman el aire puro, ¿cree que
haya alguno que sea tóxico para los seres vivos? Justifique su respuesta.
Lea la
respuesta a sus compañeras y compañeros, a su asesor o asesora y comenten qué
entienden por aire puro y por aire contaminado. Lleguen juntos a una conclusión
y anótela.
La atmósfera
es la capa de gases que rodea la Tierra, de ella depende toda la vida en el
planeta, incluso la acuática. Los seres humanos podemos vivir cerca de un mes
sin comida; sobrevivimos sin agua unos pocos días, pero sin aire morimos en
minutos. A nivel del mar, los principales componentes del aire puro son 78.1%
de nitrógeno (N2), 20.9% de oxígeno (O2), 0.9% de argón
(Ar) y 0.03% de dióxido de carbono (CO2).
El aire es la disolución de varios gases en nitrógeno.
La composición porcentual de cada componente se observa en esta gráfica.
Ponga a
prueba sus conocimientos
La
contaminación del aire es un problema que puede afectar tanto a comunidades
urbanas como a rurales. Averigüe las acciones que se han tomado en las grandes
ciudades y en las comunidades rurales para reducir la emisión de agentes
contaminantes en el aire. Basándose en esta información, elabore un
cuestionario y aplíquelo entre sus vecinos y familiares en donde les pregunte
de qué manera están colaborando para reducir la contaminación del aire en su
comunidad. (Recuerde que la tala de árboles es nociva porque se reduce la
aportación de oxígeno al aire, y que la quema de madera y de todo tipo de
combustibles genera dióxido de carbono que se libera al ambiente y lo
contamina.) Al término, comente las respuestas con sus compañeros y compañeras
y a continuación anote una conclusión.
El agua, un compuesto extraordinario
Si colocamos
un cubo de hielo en un vaso casi lleno de agua, pero evite que se derrame. ¿Qué
cree que sucederá cuando el hielo se derrita? ¿Se derramará el agua o no?
Espere media
hora y vuelva a observar el vaso. ¿Se derramó el agua?
¿Cómo
explica lo sucedido?
Comente con
sus compañeros y compañeras, asesor o asesora lo que observó y escriba un texto
de conclusión.
Durante
siglos se pensó que el agua era un elemento químico, ya que ningún método
químico de transformación lograba separar al agua en los que, hoy sabemos, son
sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. El agua no se descompone, salvo a
temperaturas mayores de 2 500°C; sin embargo, el descubrimiento de la
electricidad hizo posible que con el paso de corriente continua, y en
condiciones especiales, el agua se separara en los dos gases que la forman.
Esto parece fácil hoy en día, pero hace tan sólo 250 años era imposible de realizar.
El agua es, sin duda alguna, el líquido más importante sobre el planeta, ya que
constituye entre el 60% y el 90% del peso de los organismos vivientes y cubre
tres cuartas partes de la superficie terrestre. Desde siempre ha tenido una
gran importancia para la vida es indispensable para cultivar y preparar
alimentos, para la higiene y con ella la salud; la industria la utiliza como
medio de enfriamiento y de generación de vapor; para el drenaje de desperdicios
y para el control de los incendios, entre otras muchas aplicaciones.
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El agua es indispensable para llevar a
cabo todas nuestras actividades.
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Es una
sustancia que conocemos en sus tres estados de agregación (sólido en hielo,
líquido y gas en el vapor). Su densidad es menor en el estado sólido que en el
líquido, por lo que el hielo, contrariamente a lo que podría esperarse, flota
en el agua. Las temperaturas de fusión y de ebullición son muy altas; otra
característica muy particular es su alta capacidad calorífica, una propiedad
que le permite almacenar grandes cantidades de calor sin aumentar mucho su
temperatura, por eso se puede usar agua caliente para mantener calientes otras
cosas. Como forma disoluciones con muchas sustancias, al agua se le llama
“disolvente".
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El agua, por sus propiedades, disuelve
el detergente, el azúcar y el limón, y mantiene calientes los alimentos.
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Sobre los
compuestos que se disuelven en el agua, revise en la Antología la
lectura:“Solubilidad y concentración” (III.6).
El oxígeno, un elemento vital
¿Qué
pasa con el aire de un lugar cerrado y con mucha
gente?
¿Qué
componente indispensable del aire se empieza a agotar transcurrido algún
tiempo?
¿Por
qué?
COMUNIDAD
Lea las
respuestas a sus compañeras y compañeros, y escriban alguna experiencia que
hayan tenido relacionada con este tema.
El oxígeno
es un elemento muy importante que se encuentra tanto en la atmósfera como en la
corteza terrestre. Se trata de un elemento, ya que es una sustancia básica de
la materia que no se puede descomponer en otras más simples por métodos físicos
o químicos. Participa en miles de cambios químicos y bioquímicos que suceden
constantemente a nuestro alrededor, desde la indispensable respiración de los
seres vivos, como la oxidación y corrosión de los metales, hasta la quema de
combustibles, entre otros. Forma una gran cantidad de compuestos, tanto con
metales como el hierro, el aluminio o el calcio, como con no metales como el
carbono, el hidrógeno y el nitrógeno. El oxígeno existe en el aire en forma de
molécula diatómica, es decir, como O2, y también hay otra forma
física en la que se encuentra este elemento: el O3, llamado gas
ozono. El ozono es un alótropo del oxígeno, en este caso, en lugar de tener dos
átomos unidos formando una molécula, ahora tenemos tres con lo que sus
propiedades físicas y químicas son diferentes, aunque, afortunadamente, en
mucha menor cantidad, ya que es nocivo para los seres vivos.
Durante
muchos siglos, los estudiosos no tenían los conocimientos, instrumentos ni
procedimientos adecuados para contestar a la pregunta: ¿Qué pasa cuando algo se
quema? Una de las explicaciones erróneas más aceptada establecía que las cosas
se quemaban porque contenían una sustancia que llamaban “flogisto”. Según sus
seguidores, el “flogisto” no se podía ver, pero se desprendía misteriosamente
de la materia durante la combustión. Fue el científico Antoine de Lavoisier,
después de haber medido la masa de metales limpios y bien pulidos, y luego de
repetir la operación con metales oxidados, quien notó que los metales oxidados
pesaban más. Él interpretó este hecho como si algo del aire se depositara sobre
los metales y pensó que algo equivalente debía pasar en el fenómeno de la
combustión de la madera u otros materiales que se quemaban. Así descubrió que
uno de los gases del aire, el oxígeno, era necesario para reaccionar con los
materiales combustibles y formar nuevas sustancias, con la consecuente
liberación de luz y calor de una combustión.
Sobre los
óxidos metálicos y no metálicos, así como sobre algunos efectos de la
combustión, entre al menú y en la Antología lea “Productos derivados
del oxígeno y de la combustión” (III.7).
Como casi todo
ser vivo, los peces necesitan oxígeno para respirar; pero dentro del agua, ¿de
dónde lo toman?, ¿cómo lo hacen? El oxígeno que respiran no es el que forma
parte de la molécula de agua. El oxígeno se encuentra disuelto en el agua en
concentraciones variables y de la misma manera que podría estar disuelto el
dióxido de carbono en un refresco, y los peces lo toman a través de sus
branquias. Los factores que determinan la formación de la mezcla líquido-gas
son la superficie de contacto del agua con el aire y la temperatura del agua,
ya que los gases se disuelven mejor en los líquidos a bajas temperaturas.
Sobre las
diferencias entre los elementos, los compuestos y las mezclas, entre al menú y
en la Antología lea “Sustancias puras” (III.8).
- La materia se presenta
principalmente en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Cada
uno de ellos depende de qué tan grandes son las fuerzas de cohesión entre
las moléculas o átomos que los conforman. Los cambios de fase o estado de
sólido a líquido y de líquido a gas, ocurren cuando la temperatura aumenta
hasta un punto donde el movimiento de las partículas es tal que las
fuerzas de cohesión se rompen.
- La mayoría de los materiales del
planeta no se encuentran en estado puro, es decir casi siempre se tienen
dos o más componentes; en algunos casos la apariencia es la de una sola
substancia, como en el agua potable, entonces es una mezcla homogénea,
cuando los componentes son distinguibles se trata de una mezcla
heterogénea.
- El aire es un ejemplo de mezcla
gaseosa homogénea necesaria para los seres vivos. En los últimos tiempos,
la quema de combustibles en cantidades crecientes ha contaminado de tal
manera la atmósfera que está provocando un cambio climático.
- El agua es un compuesto con
propiedades físicas extraordinarias: altos -para su composición química-
puntos de fusión y ebullición, una alta capacidad calorífica y el hielo
flota en el agua líquida. La solubilidad de una substancia en otra depende
principalmente de la temperatura. La concentración es la medida de la
cantidad de solvente en cierta cantidad de soluto, y puede expresarse en
porcentaje de masa o de volumen.
- El oxígeno que respiramos es un
ejemplo de elemento químico. Es muy abundante en la corteza terrestre y
forma numerosos compuestos, de los cuales destacan los óxidos básicos y
los óxidos ácidos. Estos últimos forman ácidos cuando se combinan con
agua, por lo que producen la lluvia ácida.
unidad3/cn01_10.html
Referencia:
Publicada por: la Secretaría de Educación Pública dentro de sus cursos Ciencias Naturales.
Propedéutico para el Bachillerato Unidad 3. Copyright © 2002-2003 CONEVYT. Consejo
Nacional de Educación para la vida y el trabajo
2da versión © All Rights Reserved / Instituto Nacional Para La Educación De Los Adultos,
INEA. Francisco Márquez 160, Col. Condesa, México, D.F., C.P. 06140 / Secretaría De
Educación Pública, México, 2007. Autoría: Rosa ma. Catalá Rodes, José Antonio Chamizo
Guerrero y Carmen Sánchez Mora.
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