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COLEGIO DE BACHILLERES
QUMIC I
FASCCULO 3. MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS
Autores: Alejandro Bello MoralesMara de Lourdes Castro Buenda.Jos Guadalupe Monroy.Felipe Huerta Orea.
Felipe de Jess Mndez Brito.Javier Nuez Chvez.M. Sergio Ros Carbajal.Roco L. Rivera Garca.
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Colaboradores Rosa Martha Chvez Maldonado. Amalia Espaa Zamudio. Sara Mara Teresa Reyes Arana.
Asesora Pedaggica Alejandro Gonzlez Villeda.
Revisin de Contenido Gabriel Roca Nio. Genaro Cisneros Vargas. Javier Zaldivar Gonzlez. M. Sergio Ros Carbajal.
Diseo Editorial Leonel Bello Cuevas. Javier Daro Cruz Ortiz.
C O LE G IO D E
B A C H ILLE R E S
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INTRODUCCIN 5
CAPTULO 1. MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS 7
PROPSITO 9
1.1 SISTEMAS HOMOGNEOS Y HETEROGNEOS
1.1.1 Mezclas1.1.2 Dispersiones
1.2 SOLUCIONES
1.2.1 Concentracin1.2.2 Porcentaje en Masa1.2.3 Porcentaje en Volumen1.2.4 Molaridad1.2.5 Separacin de Constituyentes de Mezclas
1.3 CONCEPTO DE ELEMENTO
1.4 COMPUESTOS
RECAPITULACINACTIVIDADES INTEGRALESAUTOEVALUACIN
11
1313
26
2727293034
58
66
67
68
75
N D I C E
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CAPTULO 2. CLASIFICACIN DE LOS ELEMENTOS 81
PROPSITO
2.1 CARACTERIZACIN DE LOS ELEMENTOS
2.1.1 Propiedades Fsicas2.1.2 Propiedades Qumicas2.1.3 Divisin de los Elementos2.1.4 Alotropa
2.2 CLASIFICACIN DE LOS ELEMENTOS
2.2.1 Las ideas bsicas de Mendeleieva) Cuerpo simple-molcula y elemento-tomob) Las valencias de los elementos
c) Similitud y diferencia
2.3 LA TABLA PERIDICA
2.3.1 Metales y no metales
2.4 LOS PRINCIPALES GRUPOS O FAMILIAS
2.4.1 Metales Alcalinos2.4.2 Metales Alcalinotrreos2.4.3 Halgenos2.4.4 Aplicaciones de la Tabla Peridica
2.5 METALES Y NO METALES MS IMPORTANTES
RECAPITULACINACTIVIDADES INTEGRALESAUTOEVALUACIN
83
85
86868688
96
999999
100
103
104
111
111113115116
119
140
141
145
RECAPITULACIN GENERAL 147
ACTIVIDADES DE CONSOLIDACIN 148
AUTOEVALUACIN 150
GLOSARIO 152
BIBLIOGRAFA CONSULTADA 156
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Sin lugar a duda, en todo lo que va de nuestra vida hemos tenido contacto con algn tipode mezcla y/o sustancias, tales como el aire que respiramos, los refrescos, etc.
Por lo tanto, en este fascculo identificars qu es un elemento y sus diferentesclasificaciones, a partir de la caracterizacin de las mezclas y de las sustancias puras;esto te servir para poder explicar la estructura de la materia.
El fascculo que lleva como nombre MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS sedivide en dos captulos:
Dentro del primer captulo abordaremos las propiedades ms importantes de lossistemas de dispersin. Posteriormente te daremos a conocer los elementos necesariospara poder calcular en una concentracin: porcentaje de masa, porcentaje de volumen yconcentracin molar. Por otro lado, identificars diferentes mtodos para separarmezclas. Como tercer aspecto, haremos un recorrido histrico sobre el concepto deElemento. Por ltimo, nos enfocaremos a la clasificacin de los compuestos (binarios yterciarios).
En el segundo captulo se revisarn algunas propiedades de los elementos con el fin decaracterizarlos y se realizar un recorrido histrico por las diferentes clasificacioneshasta llegar a las tablas peridicas de uso comn, ya que por medio de su estudio sepuede establecer una forma sistemtica del conocimiento de las propiedades de loselementos, su divisin en metales y no metales, su comportamiento qumico y lanomenclatura de los compuestos que forman.
I N T R O D U C C I N
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MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS
1.1 SISTEMAS HOMOGNEOS Y HETEROGNEOS.
1.1.1 Mezclas.
1.1.2 Dispersiones.
1.2 SOLUCIONES
1.2.1 Concentracin.
1.2.2 Porcentaje en Masa.
1.2.3 Porcentaje en Volumen.
1.2.4 Molaridad.
1.2.5 Separacin de Constituyentes de Mezclas.
1.3 CONCEPTO DE ELEMENTO
1.4 COMPUESTOS
C A P T U L O 1
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El presente fascculo tiene como finalidad darte a conocer las caractersticas deMezclas, Compuestos y Elementos; para que observes que en nuestra vida diaria
interactuamos con un gran nmero de estos elementos y que en casos excepcionaleshay sustancias puras, por ello es importante:
QU:Conozcas la importancia de Mezclas, Compuestos y Elementos.
A TRAVS DE: Los distintos mtodos de separacin de las mezclas y con ellodeterminar qu compuestos y elementos lo constituyen, as como las caractersticas deelementos y compuestos qumicos.
PARA QU:Adquieras conocimientos que te lleven a comprender que en tu vida diariaexisten mezclas y compuestos que te rodean y muy pocos son sustancias puras.
P R O P S I T O
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CAPTULO 1. MEZCLAS, COMPUESTOS Y ELEMENTOS
1.1 SISTEMAS HOMOGNEOS Y HETEROGNEOS
En Qumica de denomina sistema a una porcin del Universo que se aisla para suestudio, sistemas que pueden ser homogneos y heterogneos.
Un sistema homogneo es aqul que posee idnticas propiedades fsicas en toda suextensin debido a que sus constituyentes, por su composicin y estructura interna, seencuentran uniformemente mezclados entre s. Por lo tanto, no se distinguen superficiesde separacin, fases o entrecaras entre sus constituyentes; por ejemplo: el aire, elalcohol mezclado con agua o una porcin de sal disuelta en agua.
Figura 1. Sistema homogneo.
agua
alcohol
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Un sistema heterogneo es aqul que no es uniforme por completo, ya que presentaporciones con ciertas propiedades fsicas distintas, porciones limitadas por fases oentrecaras que difieren por su composicin y estructura interna; por ejemplo: lodo,conjunto agua-aceite, nube de polvo, mezcla de hierro, arena, agua y hielo.
Figura 2.Sistemas heterogneos
Una porcin fsicamente distinta de materia que es uniforme en su composicin ypropiedades se llama fase.
Los materiales homogneos consisten en una sola fase.
Los materiales heterogneos consisten en ms de una fase.
Figura 3.Separacin de fases en un sistema heterogneo.
Nota.Debe observarse que en determinados casos no es fcil descubrir la naturaleza
homognea o heterognea de un sistema o de un cuerpo. Para que un sistema seacalificado como heterogneo no es necesario que sus constituyentes tengan distintacomposicin qumica. As, un sistema de agua lquida y pedazos de hielo se consideraheterogneo, a pesar de que el agua y el hielo tienen la misma composicin qumica.
Fase 1
Fase 2Agua
Aceite
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En ciertos casos, para observar la verdadera naturaleza homognea o heterognea senecesita recurrir a medios auxiliares de observacin, como las lupas y el microscopio;por ejemplo, en el examen de las finsimas partculas de arcilla en el agua turbia.
1.1.1 MEZCLAS
Mezclaes un cuerpo heterogneo resultado de la unin fsica de dos o ms sustanciaspuras (elementos o compuestos), que al hacerlo conservan sus propiedadesindividuales. La composicin de las mezclas es variable y sus constituyentes se puedenseparar fcilmente por medios fsicos.
Los alimentos y muchos vestidos que utiliza el hombre, as como el aire que respira, susangre misma y sus huesos son mezclas, en las que ninguno de sus componentes estunido atmicamente para formar una sustancia nueva. El aire, por ejemplo, se componeprincipalmente de nitrgeno y oxgeno; pero cada gas conserva sus caractersticas
independientes y, con equipo adecuado, se pueden separar de la mezcla medianteprocesos puramente fsicos.
1.1.2 DISPERSIONES
Si en un sistema heterogneo los componentes se encuentran bien mezclados, se diceque tiene una dispersin, puesto que un componente se encuentra disperso en el senode otro. Se ha establecido que el componente que se encuentra en menor cantidad, sedenomine dispersadoy el que se encuentra en mayor proporcin se llame dispersante.
La principal diferencia entre las diversas dispersiones es el tamao de las partculas dela fase dispersa.
En una solucin, las partculas son aproximadamente del tamao de las molculas delsoluto, es decir, del orden 1 x 10-7cm.
Como se observa, no existe frontera precisa entre suspensin coloide y solucin. Ladiferencia entre las dispersiones no reside slo en el tamao de las partculas dispersas,aunque sea el carcter principal, sino tambin en las propiedades especiales de dichasdispersiones. A continuacin en la tabla 1, podrs observar las diferentes propiedadesde stas.
Dispersiones
Heterogneasdos fases
Homogneasuna fase
agregadossuspensionescoloides
soluciones
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Tabla 1. Propiedades de las dispersiones
Dispersin Dos fases Una fase
Propiedad Suspensin Coloide Solucin
Tamao (cm) Mayor de 2 x 10-5 Entre 10-7y 10-5 Menor de 10-7
Visibilidad A simple vista, o conun microscopio
Conultramicroscopio
No visible
Sedimentacin Rpida Lenta Nula
Posibilidad deabsorcin
Muy pequea Muy grande No hay
Movilidadninguna
Ninguna Browniana Molecular o inica
Filtracin Con papel filtro Con membranas
semipermeablesEfectos sobrepropiedadescoligativas
Ninguno Ligero Grande
EfectoTyndall
Ninguno Existe Ninguno
Color Muy oscuro Intermedio Translcido
Cargaelctrica
Ninguna Alguna carga Molculas no,iones s
reasuperficial
Muy pequea Grande Muy grande
Los agregados son sistemas de dispersin heterognea en los cuales las fases seencuentran asociadas y se distinguen a simple vista; as tenemos al granito y el mrmolcomo ejemplos. Este tipo de dispersiones, cuyas partculas son mayores de 2x10 -4cm,se consideran mezclas.
Hay muchas clases de sustancias que no se disuelven por completo en el mediodispersante, tal es el caso de las emulsiones y las suspensiones, mezclas que con elpaso del tiempo terminan por mostrar una separacin entre las fases dispersa ydispersora; se deposita o sobrenada finalmente la primera (formacin de precipitados).
Si agitamos una mezcla de agua, arena y cemento, obtenemos una mezcla turbia; si sepone en reposo se asientan los materiales slidos. A este tipo de mezclas se les llamasuspensiones,siendo las ms comunes: leche de magnesia, agua turbia, chocolate enagua, crema de elote, pigmento de las pinturas, las tolvaneras, lechada de cal, etctera.
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Las emulsionesse obtienen por mezcla y agitacin prolongada de lquidos no misciblesentre s, como el agua y el aceite, elementos que al dejarlos en reposo acaban porsepararse en dos capas. Una emulsinse define como toda dispersin formada pordos sustancias lquidas no miscibles, una de las cuales se halla dispersa en la otra
en forma de gotas pequesimas, de 10-4
a 10-5
cm. Emulsiones conocidas son: leche,mayonesa, crema, mantequilla, aderezos para ensaladas, insecticidas con base enpetrleo, aceite de hgado de bacalao, etctera.
La separacin de emulsiones tiene mucho uso en la industria; por ejemplo, en laseparacin de la mantequilla de la leche, la del petrleo y el agua en los pozospetroleros, en la industria de lavado al separar la grasa y la suciedad de la ropa,etctera.
Cuando se quiere que una mezcla conserve su estado de emulsin se utilizan agentesemulsionantes, como, la yema de huevo, emulsionante de muchas salsas semilquidas.Otros agentes emulsionantes son las soluciones jabonosas y detergentes, que hacenque la grasa y el agua se emulsionen, lo que permite la limpieza de trastos y ropa.
Coloide del griegoKolla cola y eidos semejante, que significa especie de cola, yaque primero se aplic a sustancias tales como cola de pegar, gelatina, jaleas, albminas,engrudo de almidn y otros compuestos orgnicos integrales de los seres vivos. Loscoloides son muy importantes en la industria, como por ejemplo, en el comportamientode los plsticos; el hule, las pinturas, el cemento, la cermica, los detergentes y losaerosoles se relacionan tambin de alguna manera con los coloides.
Los coloides son dispersiones heterogneas de dos fases intermedias entresoluciones y precipitados, con partculas dispersas de tamao comprendido entre 10-4
y 10-7cm, no sedimentables por la gravedad, dotadas de movimiento browniano1, quepresentan el fenmeno de Tyndall2, con fases no separables por mtodos mecnicosordinarios.
Las soluciones coloidales son opalescentes (semitransparentes), en las cuales laspartculas de los coloides (micelas) tienen mayor tamao que las molculas o iones queforman las disoluciones; sin embargo, no son tan grandes como para agruparsefirmemente, cosa que ocurre en una suspensin.
Las partculas dispersas de los coloides son tan grandes que cabe preguntarse por quno se precipitan (sedimentan) inmediatamente en la solucin?, aunque se hadescubierto que cada partcula individual (micela) est dotada de movimientozigzagueante browniano, mediante el cual las partculas coloidales se mantienen ensuspensin. Adems, las partculas coloidales son aptas para dispersar la luz, de talmanera, que en su interior se puede ver la trayectoria brillante de la luz, lo que lasdistingue de una solucin verdadera que no desva los rayos luminosos, fenmeno quese conoce como efecto Tyndall.
1En honor de Robert Brown (1773-1858), quien descubri este tipo de movimiento al estudiar los orgnos de polensuspendidos en el agua.
2En honor de John Tyndall (1829-1893), quien fuera el primero en observarlo.
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Figura 4. Efecto Tyndall.
La importancia de los coloides radica en que todos los sistemas biolgicos soncoloidales en cierta medida. Se sabe que la clula viva depende de partculas coloidalesen el protoplasma (solucin coloidal como lo son la sangre y otros fluidos en elorganismo) para realizar sus funciones qumicas de crecimiento y metabolismo.
Una de las funciones de la clula consiste en separar suspensiones mediante el procesode dilisis, el cual es de gran utilidad pues separa nuevos materiales suspendidos. Conmembranas de tipo adecuado es factible la separacin entre dos materialessuspendidos, dado que se aprovecha la diferencia de tamao de sus partculas.
Completa la siguiente tabla con la informacin que se te pide: explica cada uno de losconceptos y ejemplifcalos.
MEZCLA CARACTERSTICAS EJEMPLO
Solucin
Agregados
Suspensiones
Emulsiones
Coloides
ACTIVIDAD DE REGULACIN
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CARACTERSTICAS DE SOLUCIONES, SUSPENSIONES Y COLOIDES(OBLIGATORIA).
Objetivo
Mediante una actividad experimental el estudiante identificar las caractersticas de lassoluciones, las suspensiones y los coloides por medio de su apariencia.
Material Sustancias
8 vasos de precipitados de 100 mL 3 vidrios de reloj 1 mechero de Bunsen1 tripi 1 agitador de vidrio
agua horchata mayonesapintura de aceite alcohol
sal comn (NaCl)crema de lechegelatina en polvo arcilla
Procedimiento experimental
Numera cada uno de los vasos de precipitados y en cada uno coloca la sustancia que lecorresponda, apyate en la tabla 2.
Tabla 2.
VASONo.
SUSTANCIAS
1
2
3
4
5
6
7
8
Agua y sal comn, agitar hasta disolucin total
Agua y horchata, agitar hasta disolucin total
Crema de leche
Mayonesa
Gelatina en polvo y agua caliente, agitar hasta su total disolucin
Alcohol y agua, agitar
Arcilla y agua, agitar
Pintura de aceite, agitar
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 1
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Ahora te presentamos la tabla 3, as como una secuencia de ilustraciones delprocedimiento experimental. Apyate en stas para realizar la prctica.
Tabla 3.Comparacin de las propiedades de las soluciones, de las suspensiones y delos coloides
Soluciones Suspensiones Coloides
No se sedimentan Pasan a travs de
papel filtro ordinario. Pasan a travs de una
membrana. No dispersan la luz.
Se sedimentan enreposo.
Se separan mediantepapel filtro ordinario.
Se separan medianteuna membrana.
Dispersan la luz.
No se sedimentan. Pasan a travs de papel
filtro ordinario. Se separan mediante
una membrana. Dispersan la luz.
Figura 5
1) agua - sal comn
Agua Sal Agua Horchata
Crema Mayonesa
Agua caliente
Gelatina en polvo
Agua y Alcohol
Agua
Arcilla
Pintura de aceite
2) agua - horchata
3) 4)
5) 6)
7) 8)
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Registro de Observaciones
Hiptesis
Con base en la tabla 1 realiza lo siguiente:
Clasifica como agregados, soluciones, suspensiones y coloides cada una de lasmuestras experimentales.
1. 2.3. 4.5. 6.7. 8.
Conclusin
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CARACTERSTICAS DE DISOLUCIONES, SUSPENSIONES Y COLOIDES
Objetivo
Identificar las caractersticas de diferentes sustancias de uso cotidiano, mediante laobservacin de su comportamiento para clasificarlas en disoluciones, coloides osuspensiones.
Cuestionario de conceptos antecedentes
1) Qu caractersticas presentan las disoluciones?._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2) Escribe tres caractersticas de los coloides._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3) Cules son las caractersticas de las suspensiones?._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4) Qu es el efecto Tyndall?._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5) Qu dispersiones presentan movimiento browniano?._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 2
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Hiptesis
Elabora tu hiptesis a partir de la siguiente pregunta:
De acuerdo a las caractersticas de las disoluciones, los coloides y las suspensiones,Cmo se clasificarn las sustancias?.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Qu necesitas?
Materiales Sustancias *
10 Vasos de precipitados de 100 mL
3 Vidrios de reloj
1 Mechero de Bunsen
1 Soporte universal
4 Agitadores de vidrio
1 Tela de alambre con asbesto
1 Embudo de tallo corto
8 Tramos de papel filtro
1 Lmpara de pilas
1 Anillo metlico
300 mL de agua
35 mL de jarabe de horchata
5 g de sal (cloruro de sodio)
50 g de crema de leche
50 g de mayonesa
10 g de gelatina en polvo
35 mL de alcohol (etanol)
15 g de arcilla
70 mL de pintura de aceite
* Las cantidades pueden ser aproximadas ya que la actividad es cualitativa.
Prevencin y seguridad
Las indicadas para el trabajo con material de vidrio y mechero de gas.
Etanol.- Lquido incoloro, muy voltil, inflamable, de olor agradable y poco txico poringestin.
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Cmo hacerlo?
Numera los vasos del 1 al 8 y coloca las sustancias en ellos como se indica.
Figura 6
PrecaucinRecuerda que el alcohol es inflamable no lo acerques al mechero encendido.
Deja en reposo unos 5 minutos los vasos de precipitados, con las sustancias y observacuales sedimentan. Registra tus observaciones.
50 ml de agua y5g de cloruro de sodio
50g de crema
50 ml de aguacaliente y 10g degelatina en polvo
50 ml de agua y15g de arcilla
50 ml de agua y35 ml de jarabede horchata
50g de mayonesa
50 ml de agua y35 ml de alcohol
70 ml de pinturade aceite
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Has incidir la luz de la lmpara en cada uno de los vasos que contienen las sustancias,como lo muestra la imagen y anota tus observaciones.
Figura 7
Finalmente filtra cada una de las mezclas y registra el resultado.
Eliminacin de desechos.
Las siguientes sustancias las debes desechar por la tarja con suficiente agua:
- Horchata - Crema- Sal - Mayonesa- Etanol - Gelatina
Los papeles filtro los debes tirar en el cesto para basura y el contenido de la arcilla,colcalo en el recipiente que te indique el responsable del laboratorio.
La pintura depostala en otro recipiente, el cual deber indicarte el responsable dellaboratorio, para eliminar adecuadamente los desechos y as no contaminar.
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Registro de observaciones
Registra en la siguiente tabla tus observaciones.
No. de vaso Sedimentan S/NO Presentan efectoTyndall S/NO
Se separan porfiltracin S/NO
12345678
Cuestionario de reflexinDe acuerdo a las caractersticas observadas en cada mezcla, clasifcalas endisoluciones, coloides o suspensiones. Utiliza la siguiente tabla.
DISOLUCIONES COLOIDES SUSPENSIONES
Conclusiones
Contrasta tu hiptesis con la clasificacin a la que llegaste y elabora tus conclusiones.
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Hasta este momento ya conoces:
EXPLICACIN INTEGRADORA
SISTEMAS
HOMOGNEOS HETEROGNEOS
UNA FASE
SOLUCIONES
MS DEUNA FASE
MEZCLAS
DISPERSIN
AGREGADO COLOIDESUSPENSIN
se dividen se dividen
como
dependiendode la
clasifican en
son son
en en
DISPERSIN
por su
son
pueden ser
se
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1.2 SOLUCIONES
Las soluciones son dispersiones homogneas en donde el medio dispersante, llamadodisolvente, y el disperso, llamado soluto, forman una sola fase. El soluto y el disolvente,
en una solucin existen como molculas o como iones; en consecuencia, el soluto nopuede observarse ni con el ultramicroscopio. Se puede decir que la dispersin estransparente.
Las soluciones se clasifican de acuerdo con su estado fsico en: gaseosas, lquidas yslidas. Un ejemplo de solucin gas-gas es el aire; una solucin lquida se obtiene, conalcohol en agua, el vinagre, el tequila, etc., y solucin slida podra ser una aleacinmetlica como el latn, el bronce, el oro de 14 quilates, etctera.
Las soluciones lquidas son las ms comunes y probablemente las ms elementalespara la Qumica, debido a que el agua es el disolvente ms importante; sin embargo,existen otros lquidos como la gasolina, el ter, el alcohol, el benceno, el tetracloruro decarbono y el tolueno, que tambin se utilizan como disolventes.
Como ya se ha dicho, toda solucin est formada de dos componentes: el soluto y eldisolvente.
El soluto es la sustancia que dentro de una solucin se encuentra presente en menorproporcin.
El disolvente es la sustancia ms abundante dentro de una solucin.
Solvente (mayor cantidad)
Soluto (menor cantidad)
Solucin
Figura 8. Representacin de una solucin.
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1.2.1 CONCENTRACIN
Una caracterstica de gran importancia en una solucin es su concentracin. sta es la
relacin entre la cantidad de soluto disuelto en una cantidad dada de disolvente, porejemplo:
Si la cantidad de soluto es relativamente baja, se tendr una solucin diluida.
Si la cantidad de soluto es relativamente alta, se tendr una solucin concentrada.
Si se tiene disuelta la mxima cantidad de soluto se tendr una solucin saturada.
Si la cantidad de soluto est en exceso, se tendr una solucin sobresaturada (puedeocurrir en condiciones muy especiales de equilibrios metaestables).
La terminologa anterior es vaga y arbitraria, por lo cual al ser variable la composicin de
una solucin, es necesario especificar de manera numrica la concentracin del soluto.As, la concentracin llegar a expresarse entre otras formas en: porcentaje de masa,porcentaje de volumen y concentracin molar.
Tabla 4.Algunas formas de expresar la concentracin
Concentracin Frmula Unidades Observaciones
Porcentajeen masa
% P =a x
b
100
La masa de la disolucin(b) debe estar en gramos.
Porcentaje envolumen
% Pv =v x
V
100
Debe tenerse en cuenta ladensidad y concentracindel soluto.
Molaridad M =W
PM x V
mol
litro
El volumen debe estarexpresado en litros.
1.2.2 PORCENTAJE EN MASA
El porcentaje en masa se refiere a la relacin que hay entre 100 veces la masa delsoluto dividido entre la masa total de la solucin.
Una solucin alcohlica al 2% en masa de yodo est compuesta de 2 g de yodopor cada 98 g de alcohol.
Una solucin acuosa al 10% en masa de sal contiene 10 g de sal por cada 90 gde agua.
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28
Para calcular el porcentaje de masa se utiliza la frmula:
donde:
% P = porcentaje de masa a = masa de soluto b = masa total de solucin
Ejemplo 1
Una solucin tiene una masa total de 200 g y contiene 30 g de NaOH. Cul es el
porcentaje en masa de NaOH?
% P =a x 100
b
30 g x 100
200 g
= 15%
Ejemplo 2
Se mezclan 55 g de AgNO3 con agua y se obtiene una masa de solucin de 240 g.Calcular el porcentaje en masa del nitrato de plata.
% P =a x 100
b
55 g x 100
240 g
= 22.9 %
Ejemplo 3
Una solucin contiene 28% de NaCI y su masa total es de 310 g. Cul es la masa delsoluto?
% P =a x 100
ba
p x b
100
28 x 310 g
100 = 86.8 g.
% P = a xb100
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1.2.3 PORCENTAJE EN VOLUMEN
El porcentaje en volumen de una solucin es el nmero de mililitros del soluto que seencuentra en 100mL de disolucin.
Una solucin acuosa al 15% en volumen de alcohol contiene 15 mL de alcoholpor cada 85 mL de agua.
Una solucin acuosa al 25% en volumen de HCI concentrado, contiene 25 mL deHCI acuoso y 75 mL de agua.
Para calcular el porcentaje en volumen se utiliza la frmula:
donde:
% Pv = por ciento en volumen Vs = volumen del soluto
Vsol = volumen total de la solucin.
Ejemplo 1
Si mezclamos 30 mL de alcohol y 25 mL de ter. Al calcular el porciento de volumen deambos componentes de la mezcla, obtendremos:
% Pv =Vs x 100
Vsol
30 mL x 100
55 mL = 54.54% (para el alcohol)
% Pv =Vs x 100
Vsol
25 mL x 100
55 mL = 45.45% (para el ter)
% Pv =Vs x 100
Vsol
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Ejemplo 2
Si mezclamos 40 mL de benzol, 50 mL de alcohol y 70 de ter. Al calcular el porcentajede los tres compuestos de la mezcla, obtendremos:
% Pv =40 mL x 100
160 mL= 25% (de benzol)
% Pv =50 mL x 100
160 mL= 31.25% (de alcohol)
% Pv =70 mL x 100
160 mL= 43.75% (de ter)
Ejemplo 3
Si se diluyen 80 mL de alcohol en un litro de agua. El porcentaje de alcohol queobtendremos en la mezcla es de:
Pv =Vs x 100
Vsol
80 mL x 100
1080 mL = 7.4% (para el alcohol)
1.2.4 MOLARIDAD
Una solucin molar es aqulla que tiene una mol de soluto por litro de solucin. Sesimboliza con la letra C. solucin
Concentracin molar =moles de soluto
volumen de solucin
Nota. Cse utiliza para concentracin molar como variable fsica.
En el fascculo 1 se trat el concepto de mol, veamos que para calcular el nmero de
moles se empleaba, n = m/PM, valor que se sustituye en la ecuacin de la concentracinmolar.
C =n
V
m PM
V
/=
C =n
V
m
PM x V
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Nota.En este fascculo se utiliza M como masa molar y m (masa) en lugar de w (weight).Ejemplo 1
Cul es la concentracin molar de una solucin que contiene 34 g de AgCl en unvolumen total de 400 mL?.
Datos: Frmula
m = 34 g C =m
PMxV
PM de AgCl = 143.5 g/mol C =34 g
143.5 g / mol x 0.4 L
= 0.592
mol
L 0.592M.
V = 400 mL = 0.4 L
Nota.La unidad mol/L se acostumbra expresar como M, que se lee molar.
Ejemplo 2
Se disuelven 180 g de KBr en agua, se obtiene 1 400 mL de solucin. Cul ser laconcentracin molar de la mezcla?.
Datos: Frmula
m = 180 g C =m
PM x V
PM de KBr = 119 g/mol C =180 g
119 g / mol x 1.4L 1.08
mol
L
1.08 M
V = 1400 mL = 1.4 L
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Ejemplo 3
Cuntos gramos de K2CrO4deben disolverse a 250 mL para obtener una solucin 0.35
molar?.
Datos:
m = ?
PM de K2CrO4 = 194 g/mol
V = 250 mL = 0.25 L
C = 0.35 mol/L
Frmula
C =m
PM x V
Despeja:
m = C PM V
m = 0.35 mol/L x 194 g/mol x 0.25 L
m = 16.97 g
Ejemplo 4
Calcular los gramos de soluto para preparar 1.5 L de solucin de KMnO4y C de 0.04 M.
Datos
PM de KMnO4= 150 g/molV = 1.5 LC = 0.04 mol/Lm = ?
Frmula
C =m
PM x V
m = C x PM x V
m = 0.04 mol/L x 150 g/mol x 1.5 L
m = 9 g
Despeja:
m = C PM V
m = 9.48 g
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1. De las siguientes caractersticas, anota en los renglones correspondientes qu casoscorresponden a una solucin y cules a un coloide.
Sustancia opalescente _____________________________________
El soluto atraviesa los filtros. _____________________________________
Las partculas no son sedimentables. _____________________________________
Es transparente. ____________________________________
Se produce el movimiento browniano. ____________________________________
2. Cul es el porcentaje en masa de cido ctrico en una solucin, cuya masa total esde 4.5 kg y que contiene 750 g de cido ctrico (C6H8O7) ?.
% P = _______________________________________________________________
3. Calcula la concentracin molar del soluto en las siguientes cuestiones:
a) 95 g de K2CO3en 600 ml de solucin. C = _______________________________________________________________________________________________
b) 120 g de C2H6O en 2.4 L de solucin. C = ________________________________________________________________________________________________
c) 64 g de Na2SO4en 500 cm 3 de solucin. C = ________________________________________________________________________________________________
4. Qu volumen de agua se debe aadir a 500 mL de alcohol para que la solucinresultante tenga un 40% en volumen de alcohol? ____________________________
ACTIVIDAD DE REGULACIN
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1.2.5 SEPARACIN DE CONSTITUYENTES DE MEZCLAS
La materia forma en la Naturaleza un conjunto de sistemas homogneos y
heterogneos, por lo que para separar los componentes de una mezcla se procedesegn los mtodos adecuados al tipo de la mezcla y la naturaleza de los componentes.Los principales mtodos que se emplean son operaciones fsicas como las siguientes:
Mezclas de slidos con slidos. Su separacin se efecta por medio de: separacinmecnica manual, aventado, tamizado o cernido, levigacin o lavado, flotacin, atraccinmagntica y sublimacin.
Mezclas de slidos con lquidos. Su separacin se efecta por medio de: sedimentaciny decantacin, filtracin, centrifugacin, coagulacin, cristalizacin y evaporacin.
Mezclas de lquidos con lquidos. Su separacin se efecta por medio de: destilacin,centrifugacin y embudo separador.
Mezclas de slidos y gas. Su separacin se efecta por medio de: sedimentacinespontnea, condensacin de vapor de agua y precipitacin electrosttica.
Separacin mecnica manual
Este mtodo se utiliza cuando las porciones constituyentes de la mezcla son detamaos, formas y colores distintos, para que, con las manos o con auxilio de otrosinstrumentos como las pinzas, sean separados unos de otros; por ejemplo, al separar losgrandes cristales de roca o al seleccionar diferentes cuentas al fabricar collares.
Aventado3
Este mtodo consiste en someter a la mezcla de componentes finos a una corriente deaire, procedimiento que en la Naturaleza hacen los vientos al arrastrar arenas finas ypartculas de polvo que erosionan rocas y hasta edificios; o bien, en la limpieza degranos como el caf o el arroz para quitarle la cascarilla o pergamino.
3Trmino utilizado por Bargall Modesto en el libro de Qumica.
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Tamizado o cernido
Prctica corriente en la seleccin de arenas, cementos, etc., que consiste en separar portamao o granos las diferentes partculas que constituyen una mezcla, la cualpreviamente se hace pasar por una superficie perforada (tamiz). La gravedad provoca lacada de las partculas de tamao menor al de los orificios o mallas del tamiz, criba ocernedor, al ser retenidas las de mayor tamao. Este sistema se aplica para separar lagrava que se emplea en las construcciones.
Figura 9. Tamizado.
En beneficio de minerales son comunes los tamices horizontales o mesas conmovimiento de vaivn, que con auxilio del agua y otros lquidos separan partculas ylodos de distinta finura.
Levigacin o lavado
Este mtodo consiste en hacer pasar una corriente de un lquido a travs de la mezcla,la cual se halla en un pequeo depsito, lo que permite separar las partculas por ordende mayor a menor densidad o ligereza, al quedar las ms pesadas en el depsito.
Figura 10. Arrastre por agua.
Malla, criba o cernidor
Arena
Grava
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La levigacin o lavado se aplica en la separacin de la arcilla (ms ligera) de las arenasy gravas (ms pesadas) de una tierra; este mtodo se utiliza mucho en la industria de lacermica y en el beneficio de minerales. Los arrastres de materiales ptreos o trreospor los ros son un ejemplo de ello en la naturaleza: los deltas de los ros estn formados
por depsitos de las partculas ms finas (lodo) junto a la desembocadura, a la mximadistancia del lugar de origen del ro; las rocas o granos ms pesadas, se quedan en eltrayecto y no llegan al mar. Asimismo, el lavado se emple profusamente en laantigedad para la extraccin de oro de los ros.
Flotacin
Este mtodo es de naturaleza tanto qumica como fsica: la mezcla, previamentepulverizada, se agita junto con agua y aceite de pino u otros lquidos como el aceite deeucalipto o cidos creslicos; se le insufla (burbujea) aire que atraviesa la masa enpequeas burbujas, y en la superficie del lquido se forma una espuma con el polvo finodel mineral, que se recoge en ese momento, mientras que el resto del mineral mspesado se precipita al fondo del lquido.
Figura 11. Flotacin.
Atraccin magntica
Este mtodo se emplea para la separacin de mezclas que contienen algn componentemagntico o paramagntico (que atraiga a otros cuerpos por accin magntica, o que sedejen atraer por los imanes).
As, por ejemplo, se pueden separar los granos de magnetita de las arenas de cuarzo,caliza u otros minerales; o tambin, si se desea separar una mezcla de polvo de hierro yzinc, se acerca el imn a la mezcla y ste atrae el hierro.
Figura 12.Separacin magntica.
Agitacin de lamezcla conagua y aceite
imn
mezcla de polvo y hierro
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Sublimacin
Este mtodo de separacin de mezclas se aplica cuando uno de los componentes esfcilmente sublimable, es decir, pasa del estado slido a vapor su previa licuacin. As
se purifican el yodo, el arsnico y otras sustancias que se separan sublimadas de susimpurezas no voltiles.
Sedimentacin y decantacin
Por medio de este mtodo separamos mezclas de slidos y lquidos que no sedisuelven. Para ello se deja reposar en un recipiente una mezcla de finas partculasslidas y un lquido, en donde las partculas acaban por precipitarse o sedimentarse enel fondo. Por decantacin, inclinando con cuidado el vaso con la mezcla ya sedimentada,se vierte el lquido sobrenadante (el lquido sin slido) en otro recipiente, con lo cual seevita que el slido se mezcle.
Figura 13. Sedimentacin y decantacin.
La sedimentacin es muy utilizada en la industria de la cermica. Asimismo, lasedimentacin en la Naturaleza se realiza sin cesar en mares, lagos y ros, formando losestratos o capas de los terrenos.
Filtracin
La filtracin se emplea para separar un lquido de un slido contenido en una mezcla.Este mtodo es uno de los que ms se utilizan en la prctica diaria, el cual consiste enusar filtros ya sean lminas o tabiques porososque retienen las partculas slidasde la mezcla y slo dejan atravesar el lquido. Se confeccionan filtros de distintosmateriales y formas: en la industria se utiliza pulpa de papel, tejidos de algodn, fondosfiltrantes de grava, arena o polvo de carbn, materiales plsticos, polvos de aceros
limpios, etc. Tambin, el papel filtro hecho de celulosa casi pura, o de lana de vidrio oasbesto es un medio poroso muy empleado en los laboratorios mdicos, escolares eindustriales, ya sea en forma de lminas, discos o tapones. Los poros de papel filtroordinario tienen un dimetro aproximado de 0.001 cm.
agua
Lquido conmayor densidad
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Figura 14. Filtracin.
Cuando el lquido que pasa por el filtro es viscoso (por ejemplo, jarabes) se utiliza lafiltracin al vaco o la filtracin a presin.
La mezcla recibe en la filtracin por presin al vaco una succin debida a un pequeovaco creado artificialmente, que obliga a pasar al lquido viscoso a travs del filtro. Losfiltros de vaco fijos o rotatorios, usados en la industria, son ejemplo de este mtodo. Lamezcla se comprime en la filtracin a presin contra una cara del filtro, lo que facilita queel lquido atraviese el medio filtrante. La filtracin tiene amplio uso en las fbricas depinturas y en los ingenios azucareros.
Existen casos especiales de filtracin, por ejemplo: cuando el lquido es demasiadoviscoso (gel), se recurre a la filtracin en caliente, el calor disminuye la viscosidad yfacilita que el lquido atraviese el filtro. Tambin, cuando la partcula slida es en extremopequea, se recurre a la ultrafiltracin, que es el uso de ultrafiltros formados por capasde colodin que se colocan sobre otro filtro ms rgido. As se separan partculascoloidales y virus grandes.
Centrifugacin
Este es otro mtodo para separar un sistema slido-lquido o separar mezclas slidas, yconsiste en el uso de mquinas centrfugas donde la mezcla, que previamente sedeposita en tubos adecuados, se somete a rpidos movimientos de rotacin (desde unoscentenares a unas 10 000 vueltas por minuto), proceso durante el cual las partculasms pesadas se van al fondo de los tubos. Una vez separada la mezcla, se procede adecantarla.
La centrifugacin se emplea ampliamente en los laboratorios y en diversas industrias. Enla actualidad, hay ultracentrfugas que giran de 40 000 a cientos de miles derevoluciones por minuto, lo que permite separar no slo finas partculas coloides o virus,sino tambin molculas gigantes.
Agua conpartculas slidasen suspensin
filtro
agua
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Figura 15. Centrifugacin
Coagulacin
Este mtodo se utiliza para separar partculas muy finas que se encuentran ensuspensin, y consiste en utilizar determinadas sustancias que originan precipitadosgelatinosos que atrapan a las pequeas partculas slidas; stas se quedan pegadas alprecipitado y as se puede filtrar el lquido solo, fenmeno que ocurre en la Naturalezacon frecuencia. Los ros cuando se precipitan al mar traen dentro de sus aguaspartculas slidas, las que al combinarse con las sales marinas se precipitan y formanlos fondos lodosos.
Cristalizacin
Las sustancias slidas son normalmente ms solubles en un lquido caliente que en unofro, caracterstica empleada para separar un slido que sea soluble en caliente y en fro,de otro que slo lo sea cuando el lquido est a una temperatura elevada, ya que de esa
manera al enfriar la solucin, la sustancia que queremos separar cristaliza y permaneceen el lquido el otro slido no deseado.
Figura 16. Cristalizacin.
tubos
Mquina Centrfuga Manual
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Destilacin
La destilacin es un proceso que consiste en hervir un lquido para formar vapor y luegocondensar el vapor para formar nuevamente el lquido. Se usa para separar compuestos
lquidos de sus impurezas.4
La destilacin se realiza a presin ambiental; pero si se tratade una mezcla de ms de dos lquidos, se dice que la destilacin es fraccionada.
Este procedimiento tambin se utiliza para separar dos lquidos mezclados,considerando el punto de ebullicin de cada uno de ellos. Normalmente todas lassustancias tienen puntos de ebullicin diferentes, caractersticas que facilitan suseparacin.
Figura 17. Destilacin.
Embudo separador
Este mtodo se utiliza para separar dos lquidos, ambos inmiscibles. Para ello, dichos
lquidos se colocan en un recipiente llamado embudo de separacin, en el que en formanatural diferencia de densidades entre los lquidosse separan en capas (fases).
Figura 18. Embudo separador.
4Definicin usada por Chow, Pang Tay Susana en su libro Petroqumica y sociedad. SEP/FCE , 1987.
termomtro
refrigerante
Liquidodestilado
Salidade agua
Mezcla dedos o mslquidos
Entradade agua
Embudode separacin
Lquido ms denso
Lquido menosdenso (agua)
Llave
Vaso
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Adsorcin cromatogrfica
Este es uno de los procedimientos ms modernos para separar con xito loscomponentes de una mezcla, el cual consiste en pasar la mezcla que se desea separarsobre la superficie de un slido finamente dividido (absorbente). La mezcla por separar,primeramente se disuelve en alcohol (eluente), y cuando cada uno de los componentesllega al slido pulverizado, pasa con diferente velocidad, dando lugar a la formacin dediferentes capas de componentes y, por lo tanto, una total separacin.
Por este proceso se analizan productos extrados de plantas, animales, o bien, deproductos elaborados tales como tintas, lpices labiales, etctera.
Como te has dado cuenta, algunos de estos mtodos de separacin de constituyentesde mezclas son de uso cotidiano, como el filtrar caf o t, evaporar el agua de unasolucin, separar el petrleo del agua, de la tierra, etctera.
Por otro lado, en la industria los mtodos de separacin de mezclas son la base de lapurificacin de los productos, que en conjunto reciben el nombre de operacionesunitarias.
Figura 19. Absorcin cromatogrfica.
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42
a) Ahora que ya revisaste lo que son las sustancias homogneas y heterogneas,completa el cuadro con lo que se te pide a continuacin:
Concepto Definicin y caractersticas Ejemplo
Sustancias homogneas
1)2)3)4)
5)
Sustancias heterogneas
1)2)3)4)5)
Mezclas1) slido-slido2) slido-lquido3) slido-gas
b) A continuacin contesta lo que se te pide:
1) Explica para qu se utiliza el mtodo de la Destilacin.
2) Qu es la decantacin?. Fundamenta tu respuesta.
ACTIVIDAD DE REGULACIN
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3) Menciona la importancia que tiene la filtracin en la industria.
c) Completa el siguiente cuadro; con la informacin que se te pide:
Concepto Cracatersticas
Cristalizacin
Tamizado
Evaporacin
Centrifugacin
Decantacin
d) Indica el mtodo ms sencillo para separar las siguientes mezclas.
1) Solucin de agua con sal.________________________________________________
2) Pedacera de cobre y arena.______________________________________________
3) Petrleo y agua. _______________________________________________________
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MTODOS DE SEPARACIN DE MEZCLAS
Objetivo
Mediante una actividad experimental, el estudiante practicar algunas tcnicas comunesde separacin de mezclas.
Para realizar la prctica debes haber comprendido claramente; las caractersticas de lasmezclas, las diferencias que existen entre los materiales homogneos y heterogneos; ylos cinco mtodos diferentes para separar mezclas.
Material Sustancias
3 vasos de precipitados de 250 mLarena 1 cpsula de porcelana agua 1 embudo de separacin sal comn (NaCI) 1 embudo de vidrio solucin de nitrato cprico 1 soporte universal solucin de yodo 1 anillo de hierro tetracloruro de carbono (CCl4) 1 mechero Bunsen p-diclorobenceno 1 tela de alambre 1 vidrio de reloj
Papel filtro
Procedimiento
Experimento I. Filtracin y evaporacin
a) Dentro de un vaso de precipitados prepara una mezcla, agregando 100mL deagua, una cucharilla de arena y un poco de sal comn. Agita hasta que se formela dispersin.
b) Separa la mezcla anterior. Para ello utiliza papel filtro y un embudo de filtracin.Vaca la mezcla en el filtro; lava bien las paredes del vaso que contena
originalmente la mezcla y vuelve a vaciar el lquido en el filtro. Observa el slidoque queda en el papel filtro.
c) Coloca parte del lquido en una cpsula de porcelana. Calienta la cpsula hastaque se evapore todo el lquido. Observa los cristales formados.
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 3
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Hiptesis:______________________________________________________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
La siguiente figura tiene la finalidad de mostrarte el proceso que ocurre en elexperimento I. Obsrvala.
Figura 20. Filtracin. Figura 21. Evaporacin
Registro de Observaciones
Observa y anota todo lo que ocurre durante el desarrollo de la prctica; no olvides, entre
otras cosas, considerar qu sustancia qued en el papel filtro?, las sustancias queconforman el lquido filtrado, y la sustancia que se obtuvo al final.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Experimento II. Embudo de separacin
Procedimiento Experimental
a) Mezcla volmenes iguales de soluciones diluidas de nitrato cprico y de yodo.Colcalas dentro de un embudo de separacin, agrega tetracloruro de carbono, tapael embudo y agita.
b) La agitacin hace aumentar la presin dentro del embudo. Alivia esta presinabriendo la llave de paso al estar el embudo invertido.
c) Deja que las capas lquidas se separen y cuando la separacin sea completa, quita eltapn del embudo y vaca la capa del lquido inferior dentro de un vaso.
Apyate en la siguiente ilustracin para que te sirva como gua en el desarrollo delexperimento II.
Figura 22. Embudo de separacin.
Hiptesis:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Registro de Observaciones:
Observa y registra: qu lquido queda en la parte superior?, cul en parte inferior?,por qu razn hay que abrir la llave de paso al invertir el embudo? y por qu hay quequitar el tapn del embudo al separar las dos mezclas formadas?.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
tapn
Llave de paso
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Experimento III. Sublimacin
Procedimiento experimental:
a) Mezcla partes iguales de sal (NaCl) y p-diclorobenceno dentro de un vaso deprecipitados.
b) En la parte superior del vaso, coloca una cpsula de porcelana que contenga aguahelada.
c) Calienta el vaso y observa lo que sucede. Entrega por separado los componentes dela mezcla.
Hiptesis:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Puedes apoyarte en la siguiente figura para llevar a cabo el experimento.
Figura 23. Sublimacin.
Registro de Observaciones:
No olvides considerar qu sustancia qued en el vaso? Qu sustancia qued en laparte inferior de la cpsula?.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Cpsula con agua
Sal y p-diclorobenceno
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Cuestionario de Autoevaluacin:
Como un complemento a la prctica y para ver si realmente comprendiste el tema,
contesta lo siguiente:
1. Cmo separaras los componentes de una mezcla formada por agua, aceite yazufre?
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Menciona si se pueden separar por medios fsicos o qumicos los elementos queforman un compuesto. Indica el nombre del procedimiento empleado.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Escribe la definicin de los siguientes conceptos:
a) Evaporacin: _________________________________________________________________________________________________________________________________
b)Decantacin:___________________________________________________________
_______________________________________________________________________
c)Cristalizacin:__________________________________________________________
_______________________________________________________________________
d) Cromatografa:________________________________________________________________________________________________________________________________
Conclusin:Tomando en cuanta el cuestionario de reflexin, tu hiptesis y los registrosque realizaste en cada experimento, elabora una conclusin sobre la prctica.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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MTODOS DE SEPARACIN DE MEZCLAS
Objetivo
Conocer los mtodos de separacin ms comunes, mediante su ejercitacin paracomprender que las mezclas estn formadas por sustancias puras.
Cuestionario de conceptos antecedentes
1) Escribe tres caractersticas de las mezclas:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2) Qu diferencias existen entre los materiales homogneos y heterogneos?._______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
3) Menciona cinco mtodos para separar a las mezclas:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4) Cmo separaras los componentes de una mezcla formada por agua, aceite yazufre?.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 4
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Experimento I
Objetivo
Conocer experimentalmente el mtodo de filtracin y evaporacin.
Hiptesis
Considera la siguiente pregunta para elaborar tu hiptesis:
Cul es la sustancia que se separa en cada mtodo?.
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Qu necesitas?
Materiales Sustancias *
1 Vaso de precipitados de 250 mL
1 Cpsula de porcelana de 80 mm de
diam.
1 Pinzas para cpsula
1 Embudo de filtracin estriado de 75 mm
1 Soporte universal
1 Anillo de hierro
1 Mechero de Bunsen
1 Tela de alambre con asbesto
5 g Arena
5 g Sal comn (Cloruro de
sodio)
Papel filtro
Agua
* Las cantidades a usar son aproximadas, ya que los resultados son cualitativos.
Prevencin y seguridad
Las indicadas para calentar con mechero
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Cmo hacerlo?
Figura 24.
Dentro de un vaso de precipitados, prepara una mezcla, agregando 100 mL de agua,una cucharadita de arena y otra de sal comn. Agita hasta que se forme la dispersin.
Separa la mezcla anterior, para ello utiliza papel filtro y un embudo de filtracin. Filtra lamezcla, lava bien las paredes del vaso y vuelve a vaciar el lquido en el papel; observa elslido que qued en el papel filtro.
Coloca el lquido filtrado en una cpsula de porcelana y calienta la cpsula hasta que seevapore todo el lquido.
Registro de observaciones
1.- Qu sustancia qued en el papel filtro?.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.- Qu sustancias conforman el lquido filtrado?.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
3.- Cul es la sustancia obtenida al final?.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Eliminacin de desechos
Coloca el papel filtro con los residuos de arena en el bote de basura para evitar eltaponamiento de la tarja y la contaminacin.
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Experimento II
Objetivo
Conocer experimentalmente el mtodo de extraccin.
Hiptesis.
Si tienes dos disoluciones acuosas, una de ellas con iodo, qu mtodo usaras parasepararlo?.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Qu necesitas?
Materiales Sustancias *
3 Probetas de 50 mL 1 Vaso de precipitados de 250 mL 1 Soporte universal 1 Anillo de hierro 1 Embudo de separacin de 250 mL 1 Tringulo de porcelana
30 mL Disolucin de iodo en agua al 2% 30 mL Disolucin de nitrato de cobre 30 mL Tetracloruro de carbono
* Las cantidades a usar son aproximadas, ya que los resultados se expresan entrminos cualitativos.
Prevencin y seguridad
Las requeridas en el laboratorio.
Tetracloruro de carbono.- Sustancia voltil, txica, no debe ser ingerida ni inhalada,presenta efectos crnicos.
Nitrato de cobre.- Sustancia oxidante txica. Evite el contacto y la ingestin.
Iodo.- Cristales rojos, sus vapores provocan irritacin a los ojos y al sistema respiratorio;su ingestin causa graves daos.
Cmo hacerlo?
Mezcla volmenes iguales de las disoluciones de nitrato de cobre y de iodo, colcalasdentro del embudo de separacin; agrega tetracloruro de carbono, tapa el embudo yagita. La agitacin aumenta la presin dentro del embudo, alivia la presin abriendo lallave de paso estando el embudo invertido.
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Deja que las fases se separen, quita el tapn del embudo y abre la llave de paso paravaciar el lquido inferior dentro del vaso.
Figura 25.
Registro de observaciones
1.- Qu lquido queda en la parte superior? y Cul en la parte inferior?._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.- Qu pasa cuando se abre la llave de paso al invertir el embudo?._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Eliminacin de desechos
Al terminar la prctica coloca la disolucin que an queda en el embudo, en el recipienteque te indique el responsable del laboratorio, para que sea eliminado por absorcin conarena y evitar de esta forma algn accidente en la tubera del drenaje y lacontaminacin.
Embudode separacin
Lquido ms denso
Lquido menosdenso (agua)
Llave
Vaso
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Experimento III
Objetivo
Conocer experimentalmente el mtodo de sublimacin.
Hiptesis
Considera la siguiente pregunta para elaborar tu hiptesis.
Qu pasar al calentar el vaso con las sustancias?._______________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Qu necesitas?
Materiales Sustancias *
1 Vaso de precipitados de 250 mL 1 Soporte universal 1 Anillo de hierro
1 Mechero de Bunsen 1 Tela de alambre 1 Cpsula de porcelana 1 Pinzas para vaso
5 g de Paradiclorobenceno 5 g de Sal (Cloruro de sodio) Agua
* Las cantidades a usar son aproximadas, ya que los resultados se deben expresar entrminos cualitativos.
Prevencin y seguridad
Las indicadas para los casos de calentar con mechero y el uso de material de vidriocaliente.
Paradiclorobenceno.- Sustancia txica, por contacto en la piel, lavar de inmediato y encontacto con los ojos, enjuagar con abundante agua. No ingerir, causa daos.
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Cmo hacerlo?
Figura 26
Mezcla partes iguales de sal (NaCl) y paradiclorobenceno dentro de un vaso deprecipitados.
En la parte superior del vaso, coloca una cpsula de porcelana con agua helada.
Calienta el vaso y observa lo que sucede. Entrega por separado los componentes de lamezcla al responsable del laboratorio.
Registro de observaciones
1.- Qu sustancia qued en el vaso?.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
2.- Qu sustancia qued en la parte inferior de la cpsula?.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
Eliminacin de desechos
Coloca los cristales del vaso de precipitados y los formados en la parte inferior de lacpsula en los recipientes indicados por el responsable del laboratorio, de esta forma sepodrn volver a utilizar y evitar la contaminacin.
Cpsula con agua
Sal y p-diclorobenceno
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Cuestionario de reflexin
Escribe las caractersticas de los siguientes mtodos de separacin:
a) Evaporacin. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
b) Decantacin.________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
c) Cristalizacin. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Conclusiones
Considerando el cuestionario de reflexin y contrastando los resultados con tu hiptesis,elabora tus conclusiones.
______________________________________________________________________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
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Hasta este momento ya conoces que:
EXPLICACIN INTEGRADORA
UNA SOLUCIN
DOSCOMPONENTES
SUCONCENTRACIN
SEPARAR SUSMEZCLAS
MTODOS
SUCLASIFICACIN
SLIDOS GASLQUIDOS
SUPORCENTAJE
EN MASA
SUPORCENTAJEEN VOLUMEN
SUMOLARIDAD
forman
caracterizanpor
mide
mide
mide
y se pueden
por
acuerdoa
comoson los
se
se
sese
de
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1.3 CONCEPTO DE ELEMENTO
La composicin y naturaleza de las cosas siempre ha sido un misterio para todas las
culturas, dado que la rigurosa diferenciacin de la materia en elementos, compuestos ymezclas se hizo tan slo hace unos 200 aos, y no fue sino hasta el siglo XX cuando seestableci con firmeza que nicamente existen sustancias puras (elementos ycompuestos) y mezclas.
En las pginas anteriores de este captulo hemos abordado, primero, el concepto demezcla, ya que, como habrs comprendido, la mayora de las sustancias naturales sonmezclas. Ahora trataremos de conocer algunas propiedades de las sustancias puras(elementos y compuestos), para que de esa manera tengamos un panorama completoacerca de materia.
En primer lugar haremos un relato histrico sobre el concepto de elemento yposteriormente hablaremos de los compuestos.
Los Griegos
Hace dos mil aos no se saba qu era un elemento y mucho menos qu era uncompuesto. Fue el pueblo griego el que primero trat de resolver el misterio de lacomposicin y naturaleza de la materia, en su ansia por conocer y explicar todos losfenmenos de la Naturaleza. Para ello se presentaron muchas respuestas y formas depensamiento. Es as como surgi el concepto de tomo atribuido a Leucipo (450 a.C.) ya su discpulo Demcrito, filsofo griego del siglo V antes de J.C.
Demcrito expresaba:
Por qu no pensar que efectivamente existe el cambio, que la madera se hace
cenizas y que de la uva se hace vino, y que todo ese algo que forma todopermanece inalterable, inmutable y, por ende, indivisible. Segn Demcrito,los cambios se deben a los movimientos de los tomos. Precisamente lapalabra tomo significa sin divisin.
Naturalmente, otros pensadores griegos llegaron a diferentes conclusiones. Empdocles(hacia 450 a.C.) afirmaba que todo cuanto exista estaba formado por cuatro elementoso sustancias inalterables: agua, aire, tierra y fuego. Empdocles es, de hecho, el primeroque expresa pensamientos que podramos llamar qumicos, ya que introduce laconcepcin de los elementos como sustancias que, al combinarse con otras distintas,producen compuestos con diferentes caractersticas que difieren de las de susformadores. Sin embargo, no se le conoce reflexin alguna acerca de la divisibilidad desus elementos.
Aristteles (384-322 a.C.), considerado en muchos sentidos como el exponenteculminante de la filosofa griega, acepta las ideas de Empdocles, mientras queDemcrito hacia hincapi en los aspectos cuantitativos de la materia, Empdocles seenfocaba hacia aspectos cualitativos, es decir, en su comportamiento.
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Las ideas atomistas de Demcrito fueron abandonadas por los filsofos y retomadasmuchos siglos despus. En cambio, los conceptos aristotlicos predominaron hasta elsiglo XVII.
La Edad Media
Nuestros antepasados, sin sospecharlo, conocieron elementos como el oro, el cobre, laplata, el hierro, el plomo, el mercurio, el azufre y el carbono, pero fue durante la EdadMedia cuando se conocieron las propiedades del arsnico, el bismuto, el antimonio y elzinc.
Figura 27.
En la Edad Media, hacia el siglo VIII de nuestra era. Yabir, considerado el fundador ms
importante de la alquimia o rabe, adems de desarrollar un gran nmero de productos yde escribir una serie de tratados de alquimia, observ que algunos no metales como elazufre ardan fcilmente, mientras que los metales eran incombustibles, de ah queestableci la existencia de un principio especial que, aadido a una sustancia, le daba lapropiedad de arder, de tal manera que todas las sustancias slidas sern unacombinacin de mercurio y azufre (o los principios que stos representaban). Adems, sise alteraba la cantidad de plomo, ste podra convertirse en oro, transformacin que sellam transmutacin de metales.
Los alquimistas comenzaron con la bsqueda de una sustancia algn polvo seco omgico que produjera oro, sustancia llamada Al-IKsir que significa seco y ahoraconocida como elxir. En Europa, se le llam al elxir piedra filosofal, capaz detransformar un metal barato en oro.
fuego
seco
tierra
fro
agua
hmedo
aire
calientefuego agua
tierra aire
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Tabla 5.Smbolos de las diferentes sustancias.
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El objetivo de los alquimistas no era tan slo material sino espiritual, pues buscaban unaperfeccin mstica.
Paracelso, cientfico alemn, cuyo verdadero nombre fue Teophrastus Bombastus Von
Hohenheim (1943-1521), considerado el fundador de la qumica mdica, fue el primermdico que trat de diagnosticar las enfermedades y emplear compuestos qumicospara curar a los pacientes.
Paracelso aadi un tercer principio al azufre y al mercurio que proporcionabapropiedades metlicas e inflamabilidad a las sustancias, principio representado por lassales. A Paracelso se le considera el descubridor del zinc.
Los Tiempos Modernos
En 1661, Robert Boyle (1627-1691) rechaz que la materia se formara de cuatroelementos. Fue el primero en diferenciar a las sustancias puras de las mezclas y endesarrollar el concepto moderno de elemento:
Algunos cuerpos simples primitivos o perfectamente inmiscibles, no estnconstituidos por otros, son los ingredientes con los que estn compuestostodos los dems cuerpos que se consideran perfectamente mezclados, y enlos que se pueden separar en ltima instancia.
Lo que Boyle propona es que la materia est formada de elementos y compuestos,adems de que los elementos son cuerpos simples y fundamentales que forman a loscompuestos. Por lo tanto, la qumica deba basarse en la identificacin y elreconocimiento de las sustancias qumicas elementales (elementos, del latnElementum). En ese entonces se convino que los elementos seran las sustanciasbsicas con que se conformaba la materia.
Bajo el criterio anterior se demostr que la tierra no era un elemento, ya que estabaformada de sustancias ms simples y que el fuego no era ni siquiera materia, sino unamanifestacin de sta cuando se calentaba. Ms tarde se descubra que el agua era uncompuesto y que el aire era una mezcla de gases.
Hacia el siglo XVIII los qumicos no daban importancia al aspecto cuantitativo de susexperimentos. Ellos mezclaban sustancias, observaban y describan los productos de lasreacciones, pero no lo medan. No les preocupaba que hubiera una ganancia o prdidade su masa durante los procesos; pero hacia la segunda mitad del siglo XVIII, AntoineLaurent Lavoisier (1743-1794) desarroll experimentos basados en mediciones precisas.Consecuentemente, la Qumica se convirti en una ciencia exacta, basada enexperimentos verificables y reproducibles.
Antes del siglo XVIII no exista una forma sistemtica de nombrar a los elementos.Lavoisier y sus colaboradores propusieron un nuevo sistema de nomenclatura qumicabasado en el nombre de los elementos, adems, los compuestos se designaban deacuerdo con los elementos constituyentes; por ejemplo, la sal es un compuesto formadode sodio y cloro, al cual se llam cloruro sdico.
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Lavoisier en 1789, nombr 33 elementos qumicos, pero slo 23 resultaron autnticos, elresto correspondi finalmente a compuestos, es decir, sustancias que podandescomponerse en otras ms simples.
Fue John Dalton (1776-1844) quien dedujo que un elemento contena una sola clase departculas (tomos), que estaban constituidas por materia simple e indestructible. As,tambin afirmaba que los elementos no podan descomponerse en sustancias mssimples, debido a que sus partculas eran indivisibles. Dalton represent a los elementosa travs de smbolos en forma de esferas.
Figura 28. Representacin de dos componentes segn Dalton.
Tabla 6.Orden cronolgico en que aparecieron los elementos.
Fecha Nmero deelementos conocidos
1789 331839 501860 ms de 60
Actual 109
La definicin actual de elemento es la siguiente:
Un elemento es una sustancia pura que consta de una sola clase de tomos y no sepuede descomponer en otras sustancias ms simples por mtodos comunes.
La mayora de los elementos son slidos, slo dos son lquidos a temperatura ambiente(mercurio y bromo) y 12 de ellos existen en forma gaseosa. Algunos elementos sonradiactivos, otros extremadamente raros y algunos solamente pueden obtenerse enlaboratorios especiales.
Aunque algunos elementos son ms abundantes que otros, los primeros 26 elementos
de la Tabla peridica desde el hidrgeno hasta el hierro, forman prcticamente toda lacorteza terrestre. Constituyen el 99.7% de su masa.
De acuerdo a lo anterior cules elementos consideras son los msabundantes en la tierra?.
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stos no son ni el hierro, ni el cobre, ni el azufre, aunque el hombre los conoce desdehace muchos siglos. La Tierra es ms rica en oxgeno, elemento que constituye por ssolo la mitad de la corteza terrestre, y se le encuentra por doquier; en el agua y en laatmsfera, en un sinnmero de minerales y en cualquier organismo vegetal y animal.
Si tomamos en cuenta el Sistema Solar, el hidrgeno y el helio son los elementos msabundantes. La reducida masa de la Tierra permiti que ambos elementos en estadogaseoso abandonaran paulatinamente su atmsfera, pues la gravedad terrestre no fuecapaz de atraparlos. El elemento ms raro en la Tierra es el astato (se calcula que sloexisten 69 miligramos en todo el espesor de corteza terrestre).
J.J. Berzelius (1779-1848) estableci el sistema actual de simbolizar a los elementos conletras, usando la primera letra del nombre del elemento en latn como smbolo. Porejemplo: H para el hidrgeno, C para el carbono. En el caso de elementos que iniciancon la misma letra, Berzelius decidi emplear dos letras. La primera mayscula y lasegunda minscula. As, el cloro y el calcio se simbolizan como Cl y Ca,respectivamente.
En la tabla 7, se muestran las diferentes formas en que se han simbolizado loselementos a travs de la historia.
Tabla 7.Representacin simblica de los elementos en sus diferentes etapas.
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A continuacin se te presentan una serie de ejercicios, realzalos de acuerdo a lo que sete pida.
1.- Anota el smbolo de cada uno de los elementos:
Sodio BromoRubidio CobreEstroncio OxgenoMagnesio Helio
Aluminio Potasio
Carbono Yodo
2.- Escribe el nombre de los elementos.
Li BeAu AgCa FeB FHg MgNi S
3.- Menciona los elementos que conocieron nuestros antepasados.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.- Cuntos elementos se conocen en la actualidad?______________________________________________________________________________________________________________________________________________
5.- Menciona los dos elementos que existen en estado lquido a temperatura ambiente.______________________________________________________________________________________________________________________________________________
6.- Fue el primero en desarrollar el concepto moderno de elemento (marca con una X).
a) Boyle b) Demcrito c) Lavoisier d) Dalton
ACTIVIDAD DE REGULACIN
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A travs del tema Concepto de elemento, aprendiste los smbolos de los elementosms comunes, as como los primeros elementos que conocieron nuestros antepasados,adems que Boyle fue el primero en desarrollar el concepto ms moderno deelemento, y ahora sabes que en la actualidad se conocen un total de 109 elementos.
EXPLICACIN INTEGRADORA
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1.4 COMPUESTOS
Una sustancia pura es aquella que en cada una de sus partes tiene exactamente lamisma composicin. Los elementos y los compuestos han sido clasificados comosustancias puras.
Un compuestoes una sustancia de composicin fija y definida, formada por la unin dedos o ms elementos combinados qumicamente.
Un aspecto sobresaliente de los compuestos es que cada uno de ellos tiene propiedadesdiferentes de los elementos que lo componen; por ejemplo, el agua est formada de doselementos gaseosos: el hidrgeno, que es inflamable, y el oxgeno, que es comburente.Sin embargo, el agua es un lquido que ni arde ni ayuda a la combustin.
Otra de las caractersticas de los compuestos es su composicin fija; por ejemplo,
cualquier cantidad de agua tiene siempre la misma composicin: 11.2% en peso dehidrgeno y 88.8% en peso de oxgeno.
De acuerdo con su nmero de tomos, los compuestos se pueden clasificar en: binarios,ternarios y poliatmicos.
Compuestos binarios. Son aqullos formados de dos tomos diferentes. Existen dosclases de estos compuestos: los oxigenados y los no oxigenados. Ejemplos:
Compuestos binarios
Compuestos ternarios. Son aqullos formados por tres tomos diferentes. La mayora deestos compuestos contiene oxgeno. As tenemos a los oxicidos, los hidrxidos y lasoxisales. Ejemplos:
Compuestos ternarios
Existen literalmente millones de compuestos que constituyen casi toda la materia quehay en la Tierra, compuestos que estn formados de molculas pequeas quecomprenden todas las cosas inanimadas -minerales, agua, metales, etctera-, con bajopeso molecular. Y compuestos formados por molculas gigantes que constituyen todo loque vive y crece -animales y plantas-, cuyo peso molecular es relativamente alto.
Oxigenados: Fe2O3; CO2; P2O5; CuO; CaO; MgO
No oxigenados: NaCl; AlF3; H2S; AgBr; CH4; NH3
Oxicidos: H2SO4; HNO3; HClO
Hidrxidos: KOH; NaOH; Ca (OH)2
Oxisales: CuSO