LA HIDROSFERA

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TEMA 4. CAMBIOS EN LA MATERIA

1.1.            Los átomos de los elementos químicos.

        

         En la actualidad se conocen más de cien elementos químicos diferentes, en concreto 118.

            Para representar los átomos de cada elemento químico se utiliza un símbolo formado por una o dos letras. La primera letra es la inicial de su nombre  y se escribe siempre en mayúscula. Para los elementos que se conocen desde la antigüedad se usa el nombre en griego o en latín. Si hay varios elementos con la misma inicial, el símbolo lleva una segunda letra que se escribe con minúscula.

•                     H → es el símbolo del hidrógeno.

•                     He → es el símbolo del helio.

•                     Hg → es el símbolo del mercurio. El nombre latino de este elemento era hydrargyrum, que significa “agua de plata”.

            Todos los elementos químicos se representan en una tabla llamada tabla periódica o sistema periódico. Están dispuestos en siete filas (periodos) y dieciocho columnas (grupos). En cada casilla se coloca un elemento químico, en el orden que indica su número atómico (el número que puedes ver en ella).

            En los cursos sucesivos verás que el lugar que ocupa un elemento en el sistema periódico nos permite conocer sus propiedades y saber qué compuestos pueden formar cando se combina con otros elementos.

TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS

TEMA 4. CAMBIOS EN LA MATERIA

1. Los ladrillos que forman la materia.

         La materia que observamos cambia con frecuencia. Pero no todos los cambios le afectan de la misma manera. Para comprender los cambios que experimenta, necesitamos conocer cómo es la materia.

            En la antigua Grecia (año 450 a.C.), el sabio Demócrito de Abdera afirmaba que la materia está formada por partículas muy pequeñas e indivisibles a las que llamó átomos. Durante mucho tiempo no hubo manera de demostrar si esta idea era cierta o no.

            Pero a finales del siglo XVII los científicos llevaron a cabo cuidadosos experimentos sobre la composición de la materia. Como consecuencia, el científico británico John Dalton enunció en 1803 su teoría atómica:

•                     Toda la materia está formada por partículas indivisibles muy pequeñas llamadas átomos.

•                     Todos los átomos de un elemento químico son iguales entre sí y diferentes de los demás átomos de cualquier otro elemento químico.

•                     Un compuesto está formado por átomos de dos o más elementos que se combinan en una proporción fija.

            En el siglo XX se descubrieron nuevos hechos sobre los átomos. No obstante, la teoría de Dalton explica muchos aspectos de la materia. Podemos decir que los átomos son como los ladrillos que forman la materia.

            Los átomos son muy pequeños. No se pueden ver con ningún microscopio.

            De acuerdo con la teoría de Dalton podemos clasificar la materia así:

•                     Sustancia simple: está formada por un solo tipo de átomos.

•                     Compuesto: es una sustancia formada por más de un tipo de átomos combinados en una proporción fija.

TEMA 4. CAMBIOS EN LA MATERIA

TEMA 4. CAMBIOS EN LA MATERIA.

1. Los ladrillos que forman la materia.

1.1.            Los átomos de los elementos químicos.

1.2.            Átomos, moléculas y cristales.

2. Cambios físicos y químicos.

2.1.            Cambios físicos.

2.2.            Cambios químicos.

3. Las reacciones químicas.

3.1.            Reacciones a nuestro alrededor.

3.2.            ¿Cómo se produce una reacción química?

3.3.            Factores que influyen en la velocidad de una reacción.

4. Materia y materiales.

TEMA 3. DIVERSIDAD DE LA MATERIA

2.2. Las dispersiones coloidales.

La leche, la niebla, la gelatina, la mahonesa o la nata montada son mezclas de aspecto homogéneo. Pero ¿son iguales que una infusión o el agua con azúcar?

En algunas mezclas las sustancias están distribuidas de manera homogénea, pero forman partículas más grandes que en las disoluciones y se pueden apreciar con un microscopio. Son las dispersiones coloidales. Se distinguen porque dispersan la luz, lo que se conoce como efecto Tyndall.

Los coloides son mezclas heterogéneas de aspecto homogéneo. La sustancia dispersa forma partículas que se aprecian con el microscopio y dispersan la luz.

Las emulsiones.

Son un tipo de coloide. Las emulsiones son muy comunes en la vida cotidiana: la leche, la mahonesa y la mayoría de las salsas son emulsiones.

En todos estos ejemplos hay grasa (la nata en la leche o el aceite en las salsas) mezclada con agua. Pero estas dos sustancias son inmiscibles (no se pueden mezclar), y aunque agitemos agua y aceite con una batidora, acabarán por separarse. Para que la mezcla se mantenga estable se necesita una tercera sustancia, llamada emulsionante, que rodea las gotitas de grasa e impide que se vuelvan a unir. En el caso de la mahonesa, la emulsionante es la lecitina, una sustancia presente en la yema de huevo; en el caso de la leche, la caseína, una proteína que forma parte de ella.

Una emulsión es un coloide en el que la fase dispersa y la dispersante son dos líquidos inmiscibles (como el agua y el aceite). Las partículas de la fase dispersa se mantienen de forma homogénea en la fase dispersante gracias a una tercera sustancia llamada emulsionante.

En la mahonesa las gotas de aceite se mantienen dispersas en el agua gracias a la lecitina, que actúa como emulsionante. Su molécula se une, por una parte, a la grasa o por otra parte, al agua.

2.3. Mezclas en la vida cotidiana.

La mayor parte de los sistemas materiales que hay en nuestro entorno contienen varias sustancias mezcladas.

Mezcla homogénea o disolución
Agua de mar	Agua corriente	Aire
Tiene muchas sales disueltas, sobre todo cloruro de sodio y cloruro de magnesio. En las salinas se evapora el agua del mar para obtener la sal de mesa.	El agua que bebemos está formada, en su mayor parte por una disolución de hidrógeno y óxido, H2O, pero lleva disueltas pequeñas cantidades de otras sustancias, como sales minerales, oxígeno y cloro.	Es una mezcla de gases. Los más abundantes son el nitrógeno (78%) y el oxígeno (21%).
Lejía	Refrescos de gas	Suero fisiológico
Es una disolución de hipoclorito de sodio (NaClO) en agua. Disuelve otras sustancias al entrar en contacto con ellas.	Son mezclas cuyo componente principal es el agua. Los refresccos con gas son disoluciones de dióxido de carbono en agua.	Cuando hay que inyectar líquido a una persona, en lugar de agua destilada se le inyecta suero fisiológico: agua con cloruro de sodio al 0,9%.

Coloides
Leche	Gelatina	Merengue
La leche es una emulsión de partículas grasas en agua.	Forma un coloide al mezclar el sólido con el agua. La gelatina dispersa la luz (efecto Tyndall).	Es una emulsión en la que pequeñas burbujas de aire se mantienen dispersas en agua. El emulsionante es la ovoalbúmina, una proteína de la clara de huevo.

Mezcla heterogénea: la sangre.

La sangre es una mezcla heterogénea. Al microscopio se pueden apreciar células en dispersión, como los glóbulos rojos y los glóbulos blancos, sobre una mezcla homogénea (plasma). En el plasma están disueltas sales, gases (oxígeno, O2, y dióxido de carbono, CO2) y otras sustancias orgánicas, como azúcares. La composición de la sangre de un individuo sano se mantiene casi constante; cuando cambia, es síntoma de que se ha producido una enfermedad. Por ejemplo, si aumenta mucho la proporción de azúcar, es probable que la persona tenga diabetes.

3. Separar los componentes de una mezcla.

Al disolver sal en agua obtenemos una mezcla similar al agua del mar. Calentando la mezcla podemos evaporar el agua y obtener la sal. Si recogiésemos el vapor de agua, podríamos enfriarlo y tener de nuevo el agua. El agua y la sal que separamos de la mezcla presentan las mismas características que el agua y la sal que mezclamos.

Se pueden separar los componentes de una mezcla aprovechando que unos tienen propiedades diferentes a los otros.

Por ejemplo, al calentar el agua del mar se evapora el agua, pero no la sal.

Para separar los componentes de una mezcla se utilizan métodos que no alteran la naturaleza de la sustancia: se llaman métodos físicos.

1. Procedimientos para separar mezclas heterogéneas.

Criba	Separación magnética
Permite separar mezclas sólidas en las que uno de los componentes de la mezcla tiene un tamaño de partícula muy distinto del otro.	Los metales ferromagnéticos que forman parte de una mezcla se pueden separar fácilmente utilizando un imán.
Filtración	Decantación
Se utilizan para separar un sólido de un líquido en el que no está disuelto. Las partículas del sólido son mucho mayores que las del líquido.	Se utiliza para separar sustancias inmiscibles que tienen distinta densidad, como el agua y el aceite, o el agua y la gasolina. Para esto se usa un embudo especial llamado embudo de decantación.

2. Procedimientos para separar mezclas homogéneas.

Evaporación y cristalización

Cuando tenemos un sólido disuelto en un líquido, podemos dejar que se evapore el líquido y quedará el sólido en el fondo. Este es el procedimiento que se utiliza para obtener la sal en las salinas. El agua de mar se extiende en una gran superficie. A medida que el agua se evapora, va quedando la sal.

Podemos acelerar el proceso calentando el líquido.

Si dejamos que la evaporación del líquido se realice muy lentamente y en reposo, podemos lograr que el sólido forme cristales de buen tamaño. Este proceso se llama cristalización.

Destilación

Este procedimiento está indicado para separar los líquidos miscibles que hierven a temperaturas muy distintas, como el agua y el alcohol, o un líquido que tiene un sólido disuelto, como el agua de mar y las sales.

La mezcla se introduce en un recipiente y se calienta. Cuando se alcanza la temperatura de ebullición del líquido, este se convierte en vapor que se hace pasar por un refrigerante en el que se enfría y condensa. Se recoge a continuación en estado líquido como sustancia pura.

Extracción de disolventes

Esta técnica se utiliza para separar uno de los componentes de una mezcla por medio de un disolvente en el que solo se disuelve uno de ellos. Por ejemplo, si tenemos una mezcla de arena y sal, podemos separar la sal disolviéndola en agua; la arena no se disolverá.

Por ejemplo: Extraer cafeína.

La mezcla que contiene la sustancia que queremos separar también puede estar en estado líquido. Por ejemplo, de una infusión de té o café podemos separar la cafeína extrayéndola con un disolvente orgánico que sea inmiscible con el agua, como el cloroformo. La cafeína es más soluble en cloroformo que en agua, mientras que el resto de los componentes de la infusión son más solubles en agua.

1. Agitar para mezclar el té o el café con cloroformo.
2. La cafeína se disuelve en el cloroformo.
3. Una decantación permite extraer la cafeína disuelta en el cloroformo.
4. Evaporando el cloroformo obtenemos cristales blancos de cafeína.

Cromatografía

Esta técnica se utiliza para separar los distintos componentes de una mezcla homogénea aprovechando su distinta afinidad o apetencia por un soporte o por un disolvente.

Las técnicas cromatográficas son muy variadas, pero en todas ellas hay:

• Una fase móvil, que puede ser un líquido o un gas.
• Una fase estacionaria, que suele ser un sólido.

El inventor de esta técnica fue el botánico ruso Mikhail Tswett (1872- 1919) en 1903, que la utilizó por primera vez para separar los componentes de los pigmentos vegetales, como la clorofila.

La cromatografía ha evolucionado mucho desde su invención. Es una técnica de análisis muy utilizada en todo tipo de laboratorios. Es frecuente encontrar cromatografías, por ejemplo, en los test antidopaje que se realizan los deportistas, en los análisis para identificar los componentes de una droga o para determinar la cantidad de vitaminas en un alimento.

4. Las sustancias.

Al separar por completo los componente de una mezcla obtenemos las sustancias puras que la forman.

Una sustancia pura, o simplemente sustancia, es aquella de la que no se pueden separar otras sustancias utilizando procedimientos físicos.

Cada sustancia tiene unas propiedades características que sirven para identificarla. Las características de una sustancia son las mismas cualquiera que sea el lugar donde se ha obtenido.

Así, el agua tiene una temperatura o punto de fusión de 0º C y una temperatura o punto de ebullición de 100 ºC, a la presión de una atmósfera. Da lo mismo que se haya obtenido descongelando hielo del Antártico o evaporando agua del mar o cualquier otro manantial.

Hay dos tipos de sustancias: sustancias simples y compuestos químicos.

Sustancias simples	Compuestos químicos
Están formadas por un único elemento químico. Ejemplos: Hidrógeno. Oxígeno. Azufre. Existen más de cien elementos químicos diferentes (algunos creados artificialmente).	Están formados por dos o más elementos químicos que se combinan en una proporción fija. Ejemplos: Agua. Dióxido de carbono. En la naturaleza existen muchos millones de compuestos químicos distintos.

Para separar los elementos que forman un compuesto hay que descomponerlo. Los procedimientos empleados se llaman métodos químicos, porque transforman la sustancia en otras sustancias diferentes, con distintas propiedades. Así, si se descompone el agua por acción de la corriente eléctrica se obtiene el hidrógeno y el oxígeno por separado. El agua, el hidrógeno y el oxígeno son tres sustancias diferentes, cada una con sus propiedades características.

1. Un compuesto no es una mezcla.

Agua	Oxígeno e hidrógeno
		El oxígeno es una sustancia simple formada solo por átomos de oxígeno. Cada partícula de gas oxígeno está formada por dos átomos de oxígeno unidos (O2).
El agua es un compuesto formado por los elementos hidrógeno (H) y oxígeno (O). En el agua hay 8 g de oxígeno por cada gramo de hidrógeno. El agua es una sustancia diferente del gas hidrógeno y del gas oxígeno. Cuando la descomponemos en oxígeno e hidrógeno, el gas desaparece.			El hidrógeno es una sustancia simple formada por dos átomos de hidrógeno. Cada partícula de gas hidrógeno está formada por dos átomos de hidrógeno unidos (H2).
	Podemos mezclar gas oxígeno y gas hidrógeno en cualquier proporción. La composición del gas hidrógeno y del gas oxígeno en la mezcla es la misma que cuando están separados.

Un compuesto es una sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en una proporción fija. Las propiedades del compuesto son distintas de las propiedades de los elementos que lo forman.

Una mezcla está formada por dos o más sustancias (simples o compuestas) que se pueden combinar en cualquier proporción. Las propiedades de cada sustancia no cambian por estar mezcladas.

2. Cómo distinguir una mezcla de una sustancia.

Las sustancias puras tienen unas propiedades características que sirven para identificarlas. El agua funde siempre a 0ºC.

Las propiedades de las mezclas dependen de sus componentes y de las proporciones en que se encuentran.

5. Resumen sobre la materia.

Al observar los cuerpos o sistemas materiales que nos rodean, es posible apreciar que la materia se puede presentar como:

• Sustancia pura: es una única sustancia. Se identifica por sus propiedades características, que son siempre las mismas.
• Mezcla: está formada por dos o más sustancias que pueden aparecer en cualquier proporción. Las propiedades de la mezcla depende de las sustancias y de su proporción.

Se pueden separar los componentes de una mezcla utilizando procedimientos físicos: calentando, filtrando… Cada componente de la mezcla tiene la misma composición, tanto si se está separado como si está mezclado con otros.

Métodos físicos

Métodos

químicos.

Aspecto

homogéneo

Componentes

inmiscibles.

Según el tamaño y el aspecto de las partículas, las mezclas son:

• Mezcla homogénea o disolución: no se distinguen los componentes. Cualquier parte de la mezcla tiene la misma composición y propiedades.
• Mezcla heterogénea: sus componentes se distinguen por procedimientos ópticos. Una parte de la mezcla puede tener distinta composición que otra parte de la mezcla.

Los coloides son mezclas heterogéneas con aspecto homogéneo. Los componentes se distinguen cuando se observan al microscopio.

Dependiendo de su composición, las sustancias puras pueden ser:

• Sustancias simples: están formadas por un único elemento.
• Compuestos: están formados por dos o más elementos químicos que se combinan en una proporción fija.

Para separar los elementos de un compuesto hay que utilizar procedimientos químicos. Estos métodos consiguen que desaparezca el compuesto y aparezcan las sustancias simples formadas por cada uno de los elementos por separado. Las sustancias simples obtenidas tienen propiedades diferentes del compuesto del que proceden.

SISTEMA SEXAGESIMAL

OPERACIONES CON NÚMEROS ENTEROS

GRADOS, MINUTOS Y SEGUNDOS