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1.- Clasificación de la materia:
La materia la podemos encontrar en la naturaleza en forma de sustancias puras y de mezclas.
a) Las sustancias puras son aquellas que tienen una composición química fija y definida, o sea,
que no varía sin importar las condiciones físicas en que dicha sustancia se encuentre. Dicho de otro
modo, las sustancias puras permanecen químicamente inalteradas (no cambia su estructura química)
en sus distintos estado de agregación. . Se dividen en dos grandes grupos: Elementos y Compuestos.
a.1) Elementos: Son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias puras más
sencillas por ningún procedimiento. Ejemplo: Todos los elementos de la tabla periódica: Oxígeno,
hierro, carbono, sodio, cloro, cobre, etc. Se representan mediante su símbolo químico y se conocen
118 en la actualidad.
a.2) Compuestos: Son sustancias puras que están constituidas por 2 o más elementos combinados en
proporciones fijas. Los compuestos se pueden descomponer mediante procedimientos químicos en
los elementos que los constituyen. Ejemplo: mediante la acción de una corriente eléctrica
(electrólisis). Los compuestos se representan mediante fórmulas químicas en las que se especifican
los elementos que forman el compuesto y el número de átomos de cada uno de ellos que compone la
molécula. Ejemplo: En el agua hay 2 átomos del elemento hidrógeno y 1 átomo del elemento oxígeno
formando la molécula H2O.
Molécula de agua (H2O), formada por
2 átomos de hidrógeno (blancos) y 1
átomo de oxígeno (rojo)
Cuando una sustancia pura está formada por un solo tipo de elemento, se dice que es una sustancia
simple. Esto ocurre cuando la molécula contiene varios átomos pero todos son del mismo elemento.
Algunos ejemplos de sustancias puras son: el agua (H2O), el ozono (O3), el monóxido de
carbono (CO), el dióxido de carbono (CO2), el hierro puro (Fe), el sodio (Na), el oro puro (Au),
el benceno (C6H6), el grafito (C), entre otros.
b) Las mezclas se encuentran formadas por 2 ó más sustancias puras. Su composición es variable. Se
distinguen dos grandes grupos: Mezclas homogéneas y Mezclas heterogéneas.
b.1) Mezclas homogéneas: es una unión de dos o más sustancias en la que no se pueden
distinguir las sustancias originales. Los elementos que componen la mezcla homogénea no pueden
diferenciarse a simple vista, pero son separables físicamente pues entre ellos no tiene lugar
una reacción química.
En nuestra cotidianidad abundan las mezclas homogéneas. Algunos ejemplos son:
El aire. La masa de gases que conocemos como aire, atraída a la superficie terrestre por la gravedad,
está compuesta por diversos gases: nitrógeno, argón, oxígeno y dióxido de carbono, entre otros, pero
no podemos distinguirlos a simple vista.
Café con azúcar. Al disolver una cucharada de azúcar en el café, dejamos de apreciar el color blanco
de este ingrediente, a pesar de que podamos sentir su sabor al tomar un sorbo. Sin embargo, no ha
dejado de ser lo que es: una mezcla de azúcar y café.
Leche chocolatada. Esta bebida tan típica de la infancia consiste en la mezcla homogénea de un vaso
de leche y un puñado de chocolate en polvo. El resultado es leche color chocolate, cuyos
componentes son inseparables a simple vista.
El acero. La formación del acero implica una aleación de hierro, su metal base, con otros
componentes metálicos o no metálicos como carbono, níquel o cobre, dependiendo del tipo de acero
que se busque. El resultado es un metal conjunto en el que no se pueden distinguir los componentes y
que combina sus propiedades físicas. Ocurre lo mismo con otras aleaciones metálicas como el bronce
o el oro blanco.
b.2) Mezclas heterogéneas: es un material compuesto por la unión de dos o más sustancias no
vinculadas químicamente. No es producto de ningún tipo de reacción química, aunque la mezcla en
sí misma luego puede dar lugar a algún tipo de reacción. Su característica fundamental es que sus
componentes suelen distinguirse fácilmente entre sí.
Algunos ejemplos sencillos de mezclas heterogéneas son los siguientes:
El hormigón. Es una mezcla de cemento, agua y áridos en proporciones específicas para formar una
pasta.
El agua con aceite. Al ser inmiscibles, estos dos líquidos se mantendrán al margen el uno del otro,
juntos pero no revueltos, formando burbujas claramente reconocibles.
Las ensaladas. Una ensalada es básicamente una mezcla heterogénea de diversos vegetales, semillas
y otros tipos de alimentos que se comen juntos, pero que bien podríamos separar si tuviéramos la
paciencia necesaria.
2.- Métodos de separación de mezclas heterogéneas
Los procedimientos físicos más empleados para separar los componentes de una mezcla heterogénea
son: la filtración, la decantación y la separación magnética. Estos métodos de separación son
bastante sencillos por el hecho de que en estas mezclas se distinguen muy bien los componentes.
a) Filtración: Este procedimiento se emplea para separar un líquido
de un sólido insoluble. Ejemplo: Separación de agua con
arena. A través de materiales porosos como el papel filtro,
algodón o arena se puede separar un sólido que se encuentra
suspendido en un líquido. Estos materiales permiten solamente el
paso del líquido reteniendo el sólido.
b) Decantación: Esta técnica se emplea para separar 2 líquidos no miscibles entre sí. Ejemplo:
Agua y aceite. La decantación se basa en la diferencia de densidad entre los dos componentes,
que hace que dejados en reposo, ambos se separen hasta situarse el más denso en la parte
inferior del envase que los contiene. De esta forma, podemos
vaciar el contenido por arriba (si queremos tomar el componente
menos denso) o por abajo (si queremos tomar el más denso).
En la separación de dos líquidos no miscibles, como el agua y el
aceite, se utiliza un embudo de decantación que consiste en un
recipiente transparente provisto de una llave en su parte inferior.
Al abrir la llave, pasa primero el líquido de mayor densidad y
cuando éste se ha agotado se impide el paso del otro líquido cerrando la llave. La superficie
de separación entre ambos líquidos se observa en el tubo estrecho de goteo.
c) Separación magnética o imantación: Esta técnica sirve para
separar sustancias magnéticas de otras que no lo son. Al
aproximar a la mezcla el imán, éste atrae a las limaduras de
hierro, que se separan así del resto de la mezcla.
d) Tamización: (o cribado) es un método simple que permite
separar partículas de diferentes tamaños al pasarlas a través
de un tamiz (un filtro con malla de alambre) o colador fino.
Durante este proceso, las partículas pequeñas pasan por los
orificios del colador y las de mayor tamaño quedan retenidas.
e) Centrifugación: es un mecanismo de separación de
mezclas(en particular, las compuestas por sólidos y líquidos de
distinta densidad) a través de su exposición a una fuerza
giratoria de determinada intensidad. La centrifugación opera
empujando los componentes más densos de la mezcla hacia
el punto más alejado del eje de rotación y dejando los menos
densos en el punto más cercano.
f) Levigación: Se emplea en la separación de minerales, (material
que contiene alta concentración de un mineral) de rocas y tierras
de escaso valor industrial (gangas).
La levigación consiste en pulverizar una mezcla sólida y tratarla
con disolventes apropiados, basándose en una diferencia de densidad.
3.- Métodos de separación de mezclas homogéneas
Existen varios métodos para separar los componentes de una mezcla homogénea o disolución. Entre
los más utilizados están :
a) Cristalización: Esta técnica consiste en hacer que cristalice un
soluto sólido con objeto de separarlo del disolvente en el que
está disuelto. Para ello es conveniente evaporar parte del
disolvente o dejar que el proceso ocurra a temperatura ambiente.
Si el enfriamiento es rápido se obtienen cristales pequeños y si
es lento se formarán cristales de mayor tamaño.
b) Destilación simple: Esta técnica se emplea para separar
líquidos de una disolución en función de sus diferentes puntos
de ebullición. Es el caso, por ejemplo, de una disolución de
dos componentes, uno de los cuáles es volátil (es decir, pasa
fácilmente al estado gaseoso). Cuando se hace hervir la
disolución contenida en el matraz, el disolvente volátil, que
tiene un punto de ebullición menor, se evapora y deja un
residuo de soluto no volátil. Para recoger el disolvente así
evaporado se hace pasar por un condensador por el que
circula agua fría. Ahí se condensa el vapor, que cae en un
vaso o en un Erlenmeyer.
c) Evaporación: es un proceso físico que consiste en el paso gradual de un líquido al estado
gaseoso. Es un tránsito lento y silencioso, que ocurre como
consecuencia de un aumento de temperatura. El proceso se
realiza calentando la solución hasta que el solvente se evapora
y deja un residuo sólido. De manera natural, esto se produce
con la sal marina cuando el sol separa el agua de los cristales
de sal a la orilla del mar.
d) Cromatografía: es un método de separación de mezclas complejas, que es ampliamente
utilizado en diversas ramas de la ciencia. Para ello emplea el
principio de la retención selectiva, que consiste en el distinto
comportamiento de los componentes de una mezcla sobre un
soporte específico (como papel, gas, un líquido neutro, etc.).
.
1. ¿Qué es una disolución?
Una disolución es una mezcla homogénea formada por dos o más sustancias puras que no
reaccionan químicamente entre sí y se encuentran mezcladas en proporciones diferentes y en
diferentes concentraciones. Una de dichas sustancias es el disolvente y la otra (o las otras) es el
soluto. Para todos los efectos prácticos, los términos disolución y solución son sinónimos.
Ambos se refieren a mezclas homogéneas, aunque el término disolución en muchas ocasiones
tiende a usarse más para las mezclas en que el disolvente es un líquido, pudiendo el soluto ser
líquido, sólido o gaseoso.
Ejemplos de disoluciones: El acero es carbono disuelto en hierro, azúcar disuelto en agua, sal
disuelta en agua, arena disuelta en agua, alcohol disuelto en agua, vinagre disuelto en agua, gas
carbónico disuelto en agua, dióxido de azufre disuelto en agua.
2. Clasificación de las disoluciones:
Las soluciones químicas pueden clasificarse de acuerdo a dos criterios.
La proporción entre el soluto y el disolvente:
Diluidas. Cuando la cantidad de soluto respecto al solvente es muy pequeña. Por ejemplo: 1 gramo de
azúcar en 100 gramos de agua.
Concentradas. Cuando la cantidad de soluto respecto al solvente es grande. Por ejemplo: 25 gramos
de azúcar en 100 gramos de agua.
Saturadas. Cuando el solvente no acepta ya más soluto a una determinada temperatura. Por ejemplo:
36 gramos de azúcar en 100 gramos de agua a 20 °C.
Sobresaturadas. Como la saturación tiene que ver con la temperatura, si incrementamos la
temperatura, se puede forzar al solvente a tomar más soluto del que ordinariamente puede, obteniendo
una solución sobresaturada (saturada en exceso, digamos). Así, sometida a un calentamiento, la
solución tomará mucho más soluto del que ordinariamente podría.
El estado de agregación de los componentes:
Sólidas:
Sólido en sólido. Tanto el soluto como el disolvente se encuentran en estado sólido. Por ejemplo:
las aleaciones como el latón (cobre y zinc).
Gas en sólido. El soluto es un gas y el disolvente es un sólido. Por ejemplo: hidrógeno en paladio,
polvo volcánico, entre otros.
Líquido en sólido. El soluto es un líquido y el disolvente es un sólido. Por ejemplo: las amalgamas
(mercurio y plata)
Líquidas:
Sólido en líquido. Por lo general, se disuelven pequeñas cantidades de sólido (soluto) en un líquido
(disolvente). Por ejemplo: azúcar disuelto en agua.
Gas en líquido. Se disuelve un gas (soluto) en un líquido (disolvente). Por ejemplo: el oxígeno
disuelto en el agua de mar que es responsable de la vida acuática en el planeta.
Líquido en líquido. Tanto el soluto como el disolvente son líquidos. Por ejemplo: las amalgamas
(mercurio y plata)
Gaseosas:
Gas en gas. Tanto el soluto como el disolvente son gases. En muchas ocasiones estas disoluciones se
asumen como mezclas debido a las débiles interacciones entre las partículas de los gases. Por
ejemplo: oxígeno en aire.
Gas en sólido. El soluto es un gas y el disolvente es un sólido. Por ejemplo: polvo disuelto en aire.
Líquido en gas. El soluto es un líquido y el disolvente es un gas. Por ejemplo: vapor de agua en el
aire.
3. Componentes de una disolución:
Las disoluciones tienen dos componentes diferentes:
Disolvente. El disolvente es la sustancia receptora del soluto, generalmente más predominante.
También se le conoce como solvente, dispersante o medio de
dispersión.
Algunos ejemplos sencillos de solvente son:
Agua. Por algo se llama “el solvente universal”: casi todo es
susceptible de disolverse en agua.
Thinner. Un disolvente industrial a base de hidrocarburos, empleado
usualmente para diluir y disolver pinturas o plásticos.
Hierro. En el caso, de nuevo, de las aleaciones, al hierro fundido se le añade carbono, zinc, aluminio
u otros metales para obtener diversas variantes del acero.
Aire. El aire que respiramos es una mezcla homogénea de gases, en el que puede perfectamente
disolverse el dióxido de carbono que exhalamos al respirar.
Sangre. Diversas sustancias orgánicas se hallan disueltas en la sangre de nuestro cuerpo, que las
transporta a lo largo del sistema circulatorio.
Soluto(s). llamaremos soluto al elemento que se disuelve en el otro, es decir, a la sustancia añadida
para formar la mezcla. Este puede ser un sólido, un líquido o un gas, que se encuentra generalmente
en menores proporciones que el solvente y que, una vez mezclado, deja de ser perceptible a simple
vista, o sea: se disuelve.
Podemos enumerar algunos tipos de soluto, tales como:
Azúcar. Se disuelve en el café o en el agua, por ejemplo.
Café. El café molido es, a su vez, un soluto que se diluye en el agua hirviendo para obtener una
infusión. Lo mismo ocurre con el té.
Sal. Se encuentra disuelta en diversas cantidades en el agua de los mares.
Oxígeno. Presente entre otros gases en una mezcla homogénea en la atmósfera.
Ácido acético. Esta sustancia, al disolverse en agua, forma el vinagre.
Gas carbónico. Empleado en la industria alimenticia, pues al disolverse en agua, da como resultado
agua carbonatada (base de las bebidas gaseosas).
4. Propiedades de una disolución
Los componentes de una disolución no pueden ser reconocidos a simple vista. Tampoco
pueden ser separados por centrifugación, ni filtración, sino por métodos fraccionarios de
separación de fases, como son la evaporación, la destilación o la cristalización. Esto se
debe a que se trata de una mezcla homogénea, en la que no se dan reacciones químicas,
pero sí se obtiene un resultado distinto en apariencia y propiedades físicas a
sus sustancias antecesoras.
Su comportamiento físico es distinto al de sus componentes por separado, pero, por
el contrario, dejan sin alterar las propiedades químicas de cada uno.
5. Concentración de una solución química
La concentración es una magnitud que describe la proporción de soluto respecto al solvente en
una disolución. Esta magnitud se expresa en dos tipos distintos de unidades:
Unidades físicas. Aquellas que se expresan en relación al peso y al volumen de la solución, en
forma porcentual (se multiplican por 100). Por ejemplo:
Porcentaje masa en masa o peso en peso, (%m/m): Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100
gramos de solución. Ej: Una solución 12% m/m tiene 12 gramos de soluto en 100 gramos de
solución.
Como fórmula, podemos expresar esta relación así:
Formula: %m/m = masa de soluto en gramos x 100/ masa de disolución en gramos
Porcentaje masa en volumen (%m/v): Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100 ml de
solución. Aquí como se observa se combina el volumen y la masa. Ej: Una solución que es 8% m/v
tiene 8 gramos de soluto en 100 ml de solución.
Fórmula: % m/v = masa de soluto en gramos x 100/ volumen de disolución en cm3
Porcentaje volumen en volumen (%v/v): Es la cantidad de mililitros o centímetros cúbicos que hay
en 100 mililitros o centímetros cúbicos de solución. Ej: Una solución 16% v/v tiene 16 ml de soluto
por 100 ml de solución.
Fórmula: % v/v = volumen de soluto en cm3 x 100/ volumen de disolución en cm3
A continuación encontrarás ejemplos de ejercicios resueltos sobre las unidades físicas de
concentración de las disoluciones.
