Identifica los componentes de las mezclas y las clasifica en homogéneas y heterogéneas.
Si observas a tu alrededor verás una enorme diversidad de materiales con propiedades distintas. Gran parte de estos pueden separarse en sustancias más simples. Muchas de sus propiedades dependen de la proporción de cada componente.
Las mezclas heterogéneasconstan de dos o más fases o porciones de materia que son físicamente distintas, por esta razón, en este tipo de mezclas es fácil diferenciar sus componentes.
Este platillo es un ejemplo de mezcla heterogénea, pues se pueden apreciar los ingredientes con los que fue elaborado.
Las mezclas homogéneas, también llamadas disoluciones,tienen una sola fase; es decir, su apariencia es uniforme y a simple vista no se distinguen sus componentes; por ejemplo, el agua con sal se ve igual que el agua pura aun vista con un microscopio.
Es difícil apreciar a simple vista los componentes del agua de sabor. Es un ejemplo de mezcla homogénea.
Algunas mezclas son difíciles de clasificar en homogéneas o heterogéneas porque están en la frontera entre las disoluciones y las mezclas heterogéneas, tal es el caso de los coloides.
Revisa este video para reforzar el concepto de mezclas.
Una manera de conocer la composición de una mezcla es mediante su concentración porcentual. Este término se refiere a la cantidad de cada componente por cada cien partes de la mezcla.
Concentración porcentual de elementos químicos en el cuerpo humano
Para calcular el porcentaje en masa (% m/m) de una disolución hay que conocer la masa del soluto y la de la disolución. Este porcentaje se calcula del mismo modo que lo estudiaste en matemáticas.
Por otro lado, si lo que se requiere es calcular la masa de cada componente en una mezcla y se conocen los porcentajes, se despeja la masa del soluto de la primera fórmula y se obtiene la siguiente.
Otra manera de expresar la composición de una mezcla es mediante el porcentaje en volumen. Por lo general, la expresión de la concentración se usa en mezclas líquidas homogéneas y se refiere a los mililitros que hay del soluto por cada 100 mL de la disolución.
La concentración porcentual en volumen se calcula con la fórmula siguiente.
Las mezclas están constituidas por elementos que conservan sus propiedades físicas y químicas; gracias a ello, es posible separarlas en sus componentes iniciales mediante diferentes métodos.
La filtraciónes el método de separación empleado para mezclas cuyos componentes tienen diferentes tamaños de partículas.
La filtración es un método común para separar las partículas contaminantes del agua.
La decantaciónse utiliza para separar, de una mezcla heterogénea, los componentes con diferente densidad, como arena de agua. Es un método que generalmente se usa como parte de la depuración del agua.
Mediante destilaciónse separan líquidos miscibles con diferentes temperaturas de ebullición. Cuando se calienta la mezcla, se eleva la temperatura hasta que cada líquido se evapora al alcanzar su temperatura de ebullición, pasa por un tubo refrigerante, donde se condensa, y sale para ser recibido en un recipiente.
La destilación es un método muy usado para separar sustancias en la industria petroquímica.
La cristalización se basa en la diferente solubilidad de los sólidos en determinado disolvente, así como al modificar la temperatura. Se utiliza principalmente para eliminar las impurezas de las sales.
La separación por magnetismo se basa en las propiedades magnéticas de algunos materiales como el hierro, el níquel y el cobalto, los cuales son atraídos por un imán. De esta forma se separan la limadura de hierro de la arena o se puede distinguir si un objeto es de latón o de hierro.
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Cuando se prepara una infusión también se utiliza un método de separación llamado extracción con disolventes, ya que el agua caliente extrae de la planta las sustancias solubles y las separa del tejido vegetal.
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En este enlace encontrarás un concentrado de los conceptos más importantes referentes a las mezclas.
Las mezclas se caracterizan por tener composiciones diversas; por ejemplo, dependiendo de la localidad en que nos encontremos, el aire que respiramos contiene determinada cantidad de dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua.
Existen mezclas cuyos componentes están en el mismo estado de agregación: líquidas como el vinagre, que tiene agua y ácido acético; sólidas como el bronce, que tiene cobre y estaño; y gaseosas como el aire, que tiene oxígeno y nitrógeno en mayor proporción. También hay mezclas formadas por sustancias en distinto estado de agregación como un refresco que tiene agua y azúcar o como el polvo que está disperso en el aire.
Hay mezclas heterogéneas cuyos componentes son difíciles de separar; por ejemplo, cuando se quiere obtener un metal a partir de un mineral. Este proceso implica una serie de procedimientos que van desde la extracción del mineral hasta la refinación del metal.
En un coloide el tamaño de las partículas dispersas en el disolvente oscila entre 10 y 1000 nanómetros (nm). Algunos ejemplos de este tipo de mezcla son los malvaviscos, la mayonesa, el humo, la gelatina, la leche, los helados, la clara de huevo, la piedra pómez y los productos en aerosol.
Los coloides dispersan luz, la reflejan en diferentes ángulos; por lo que, al iluminarlos con una lámpara se ve la trayectoria del haz luminoso. A esto se le conoce como efecto Tyndall.
Los componentes de una mezcla conservan sus propiedades físicas y químicas, por lo cual la propiedad de la mezcla suele ser una combinación de la de sus componentes.
La centrifugaciónes un método usado para separar sustancias con diferente densidad.
La cromatografíaes un procedimiento que se basa en la distinta afinidad de las sustancias con el soporte sólido en el que se depositan o por el disolvente empleado en ella.
En laboratorios de biotecnología se emplea la electroforesiscomo un recurso para separar macromoléculas (ADN o proteínas). Para ello se aplica una diferencia de potencial y se utiliza su carga eléctrica para hacerlas migrar a través de un gel; las moléculas más pesadas migran con menor velocidad.
Las aportaciones de Lavoisier
Argumenta la importancia del trabajo de Lavoisier al mejorar los mecanismos de investigación (medición de masa en un sistema cerrado) para la comprensión de los fenómenos naturales.
Los alquimistas, que vivieron principalmente en la Edad Media (siglos XII al XV), buscaban, entre otros fines, transformar el plomo en oro, un metal considerado perfecto, y con esto alcanzar su perfección espiritual; también pensaban que los astros influían en su trabajo.
129291Los alquimistas pensaban que los metales se generaban en la Tierra influidos por diversos cuerpos celestes: el oro por la del Sol y la plata por la de la Luna.
Antoine Lavoisier rompió por completo con el conocimiento generado por la alquimia y en el siglo XVIII estableció las bases de la química moderna. En este sentido, tres descubrimientos fundamentales te ayudarán a entender su trabajo: el del oxígeno, el del hidrógeno y el de la composición del aire.
Uno de los experimentos de Lavoisier consistió en colocar mercurio en un recipiente cerrado y calentarlo por varias horas. Al terminar, este elemento se había convertido en un polvo rojo. Lavoisier pesó con cuidado la sustancia antes y después de la reacción, y encontró que no había habido variación alguna en la masa; al abrir el recipiente descubrió que el aire entraba en lugar de salir.
A los 22 años de edad, Lavoisier presentó ante la Academia de Ciencias de París su primer trabajo de química, el cual trataba del análisis del yeso.
Repitió el experimento utilizando otros metales y el resultado fue el mismo; dedujo que se trataba del aire desflogisticado de Scheele y lo llamó oxígeno. Al otro componente del aire que no reaccionaba e impedía la combustión lo denominó ázoe (ahora nitrógeno).
Muchos de los aparatos utilizados por Lavoisier eran sumamente complicados, por eso otros investigadores debieron crear diseños más simples.
El hecho más importante que pudo constatar al hacer el experimento fue que la masa ganada por los metales era la misma que perdía el aire cuando estos se quemaban en su presencia.
El flogisto era una sustancia misteriosa que formaba parte de los cuerpos combustibles. Los alquimistas pensaban que, entre más flogisto tuviera un cuerpo, este era más combustible.
Aunque la ley de la conservación de la masa ya había sido aplicada por muchos químicos, no se basaba en pruebas rigurosas ni se había establecido formalmente. Lavoisier afirmó que “nada se crea en las operaciones del arte ni en la naturaleza y puede establecerse como principio que en toda operación hay una cantidad igual de materia antes y después de la operación”. Hoy, esta ley se enuncia de la siguiente manera: “En un proceso químico, la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”.
A partir del siglo XVIII, la nomenclatura de la química comenzó a sistematizarse. Lavoisier y otros científicos contribuyeron a tal ordenamiento; además, el científico francés escribió un libro en el que detalló nuevos conceptos y leyes de la química.
Un cambio químico puede explicarse al menos desde tres perspectivas: la fenomenológica (con los cambios macroscópicos que percibimos mediante nuestros sentidos), la simbólica (que usa fórmulas y ecuaciones químicas) y la atómica (que representa las partículas que participan).
En cada explicación se aplican diferentes conocimientos, y juntos proporcionan una comprensión integral de los fenómenos químicos; por eso son importantes.
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Consulta el siguiente enlace para entender la ley de conservación de la masa.
La alquimia fue una disciplina que combinaba elementos filosóficos y místicos, y fue la antecesora de la química.
A Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) se le considera el padre de la química moderna por sus aportaciones a esta ciencia. Murió a los 51 años en la guillotina, víctima del Reinado del Terror, durante la Revolución francesa.
Johann Joachim Becher (1635-1682), físico y alquimista alemán, propuso que todo combustible contenía una sustancia que se perdía al arder. Su alumno, Georg Ernst Stahl (1660-1734), adoptó la teoría de su maestro y aseveró que cuando un metal se quemaba en el aire, este perdía algo que no se podía quemar, a lo que llamó flogisto.
El trabajo de Lavoisier forma parte de la primera revolución de la química, ya que explicó la función del oxígeno en la combustión, estableció la ley de la conservación de la masa en sistemas cerrados y contribuyó a la sistematización de la nomenclatura y del conocimiento químico de la época.
De acuerdo con sus propiedades físicas y químicas, cada elemento químico tiene un lugar en la tabla periódica. Cada uno tiene un símbolo único y es reconocido en el mundo.
El modelo atómico de Bohr
Identifica los componentes del modelo atómico de Bohr (protones, neutrones y electrones), así como la función de los electrones de valencia para comprender la estructura de los materiales.
Es muy útil representar las partículas mediante esferas para explicar y comprender las propiedades de los distintos estados de agregación con el modelo cinético de partículas; sin embargo, no siempre es sencillo dibujarlas.
Modelo de esfera del agua (izquierda), glucosa (centro) y una proteína (derecha)
La manera de representar a los átomos ha cambiado con el transcurso del tiempo. Desde la partícula indivisible de Dalton hasta el modelo atómico cuántico, los modelos se fueron adaptando a los descubrimientos; por ejemplo, cuando John Thompson (1856-1940) descubrió el electrón propuso el modelo conocido como pudín con pasas, Ernest Rutherford (1871-1937) descubrió el núcleo y planteó el modelo atómico similar al Sistema Solar, Niels Bohr (1885-1962) sugirió el primer modelo atómico cuántico, y así hasta llegar al modelo de Erwin Schrödinger (1887-1961).
Mientras tanto se fueron descubriendo otras partículas subatómicas: el mismo Rutherford descubrió los protones, y James Chadwick (1891-1974) los neutrones, y se dieron cuenta de que estos confieren propiedades a los elementos.
El núcleo atómico está conformado por protones y neutrones
Al número de protones en cada átomo de un elemento se le conoce como número atómico, y se representa con la letra Z; la suma de protones y neutrones es el número de masa y se representa con la letra A. Esta información se presenta de la siguiente manera.
Los átomos neutros tienen la misma cantidad de protones y de electrones, pero los átomos también pierden o ganan electrones; entonces forman iones, que son partículas con carga eléctrica.
El físico danés Niels Bohr (1885-1962) usó la teoría cuántica para explicar los espectros de absorción y emisión de elementos. Dijo que los electrones estaban en órbitas que tenían energía específica, es decir, estaban cuantizadas. Cuando un rayo incidía sobre un elemento, los electrones pasaban de una órbita de baja energía a otra de alta; la diferencia de energía entre ambas órbitas correspondía a las bandas de absorción del espectro electromagnético. Cuando se dejaba de incidir radiación hacia el átomo, el electrón regresaba a su órbita y emitía la diferencia de energía entre ambas órbitas, lo que correspondía a una banda en el espectro de emisión.
Cuando un electrón pasa de una órbita de baja energía a una de alta, absorbe energía; pero si pasa de una alta a una baja, emite energía en forma de radiación electromagnética
Bohr explicó que en cada órbita solo podía haber cierta cantidad de electrones; por ejemplo, que en la primera órbita solo podía haber dos electrones, en la segunda ocho, en la tercera 18, etcétera.
Si los átomos pierden electrones adquieren carga positiva y forman iones llamados cationes. Cuando un átomo gana electrones adquiere carga eléctrica negativa y se llama anión.
El sodio neutro (Na) tiene 23 protones y doce neutrones en el núcleo, y alrededor de este se encuentran girando once electrones. En cambio, el ion sodio (Na+), que es un catión, tiene una carga eléctrica positiva, lo cual significa que ha perdido un electrón y, por tanto, cuenta con diez electrones en lugar de once, aunque el número de protones y de neutrones sigue siendo el mismo.El cloro 35 Cl 17 tiene 17 protones, 18 neutrones y 17 electrones. El ion cloruro (Cl–), que es un anión, tiene una carga negativa, lo cual quiere decir que ha ganado un electrón, por lo cual tiene 18 electrones.
Cuando el químico inglés John Dalton (1766-1844) publicó su teoría atómica, también difundió una tabla con masas atómicas en la que usó símbolos para representar a los distintos elementos conocidos en ese entonces.
En 1814, el químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) propuso representar a los elementos con letras: usar la primera letra del nombre del elemento en latín, en mayúscula, y la segunda, en caso de que se necesitara diferenciar, en minúscula. También propuso que los números fueran superíndices (en la actualidad se utilizan subíndices).
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC por sus siglas en inglés) es la institución internacional encargada de asignar nombres y símbolos a los nuevos elementos.
El modelo atómico de Bohr, propuesto en 1913, explicó muy bien el espectro del hidrógeno; pero se quedaba corto al tratar de explicar átomos con más de un electrón.
Un catión es de menor tamaño que su átomo neutro correspondiente.
Un anión tiene un tamaño mayor que su átomo neutro correspondiente.
En la naturaleza existen átomos de un mismo elemento pero con diferente número de masa; esto debido a que presentan un número diferente de neutrones. A dichos elementos se les conoce como isótopos, que significa “mismo lugar”, y alude a que estos ocupan el mismo sitio en la tabla periódica porque tienen el mismo número de protones.