LOS CAMBIOS DE LA MATERIA

Si te fijas un poco y observas tu entorno encontrarás numerosas transformaciones en la materia que te rodea. ¿Son todos esos cambios reacciones químicas? Sabes que no, que a veces se producen cambios químicos y a veces cambios físicos.

En la naturaleza se producen continuamente cambios o transformaciones. Vamos a clasificar estos cambios en dos tipos: físicos y químicos.

Cambios físicos: Son todos aquellos en los que ninguna sustancia se transforma en otra diferente. Por ejemplo se producen cambios físicos en:

• Cambios de estado: Cuando agregas una fuente de calor constante y tenemos agua, el agua hierve hasta que se transforma en vapor, que en ambos casos es agua (líquido y vapor).
• Mezclas: Si disolvemos sal en agua, la sal se disuelve fácilmente y presenta un gusto salado. La sal y el agua siguen presentes porque al calentar la mezcla hasta que el agua hierva, la sal queda en el fondo.
• Movimiento o Deformación: En los movimientos hay cambios de posición o de velocidad, pero el objeto no cambia a algo diferente. Si se rompe o deforma pasa lo mismo.

Cambios químicos: Son aquellos en los que unas sustancias se transforman en otras sustancias diferentes, con naturaleza y propiedades distintas. Por ejemplo se producen cambios químicos en:

• Combustión: Si quemamos un papel se transforma en cenizas y mientras sucede el papel desprende humo. Al principio teníamos papel y oxígeno pero al concluir el cambio químico tenemos cenizas y dióxido de carbono, son sustancias diferentes a las del principio. 
• Corrosión: Si dejamos un pedazo de hierro a la intemperie, se oxida y pierde sus propiedades iniciales. Sus sustancias iniciales serían hierro y oxígeno, pero al final nos quedaría óxido de hierro, que tiene propiedades totalmente diferentes a las de las sustancias iniciales.
• Desnaturalización: En algunos materiales, como los alimentos, podemos observar que son diferentes antes y después de cocinarlos . Por ejemplo, en un huevo, que al cocinarse cambia el color, el sabor y la textura de forma irreversible.

Recuerda todo lo que sabes sobre la composición de la materia, sobre los elementos y los compuestos, sobre las sustancias puras y las mezclas. Ya sabes que las sustancias puras son las que tienen iguales todas sus partículas y por lo tanto una composición fija que puedes expresar con una fórmula como H2O, que es la fórmula química del agua o NaCl, que es la fórmula química de la sal común o cloruro sódico.

REACCIONES QUÍMICAS

Cuando en una transformación de la materia una o más de estas sustancias puras "desaparecen" se está produciendo un cambio químico o reacción química. Pero como bien sabes la materia no puede desaparecer (ley de Lavoisier), así que al mismo tiempo "aparecen" una o más sustancias puras nuevas formadas con los átomos de las que "desaparecieron". Si en la transformación no ha "aparecido" ni "desaparecido" ninguna sustancia entonces se habrá producido un cambio físico.

En los cambios químicos se produce la transformación de unas sustancias en otras diferentes y por lo tanto pueden tener propiedades diferentes. En la escena de la derecha se ilustra el cambio que es produce cuando se transforman los reactivos en productos. Es conveniente aclarar que no siempre que se produce una reacción hay cambio de color, ya que hay casos en los que reactivos y productos pueden tener colores iguales.

Las sustancias que hay antes de producirse el cambio y que desaparecen se llaman REACTIVOS.

Las sustancias que hay después de producirse el cambio y que aparecen o se generan se llaman PRODUCTOS.

VIDEOS EXPLICATIVOS
En siguiente bloque os voy a dejar una serie de videos explicativos sobre lo visto en la unidad. En el primero podemos ver la diferencia entre cambio físico y químico.

ANIMACIONES
Aquí voy a dejar unos apuntes web donde se puede ver todo lo que estamos estudiando en la unidad y de donde sacaré alguna pregunta de examen.

 

PRESENTACIONES





ESQUEMAS

PRACTICAS 
En este último bloque lo iré ampliando con ejercicios que haremos en el aula de informática, espero que os ayuden para estudiar la unidad.

 

EL PROCESO INDUSTRIAL

En nuestra vida cotidiana utilizamos una gran variedad de sustancias químicas y de objetos fabricados en la industria química, que se ocupa de la extracción de las materias primas, su procesamiento y posterior transformación en productos finales mediante reacciones químicas. Son productos obtenidos mediante reacciones químicas que se originan de forma controlada a escala industrial. Los empleamos tanto en el ámbito de la salud y el hogar como en el ocio y el trabajo.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA QUÍMICA ACTUAL

Vivimos rodeados de química. En la naturaleza todo se produce mediante reacciones químicas: El crecimiento de las plantas, la obtención de energía necesaria para nuestro metabolismo,etc. Además, la química está presente en nuevos productos y en sustancias de uso cotidiano.

La industria química nos proporciona productos que mejoran nuestra calidad de vida. No obstante, en los procesos de obtención de estos productos y en ciertas actividades domésticas e industriales, se liberan al medio ambiente productos nocivos para los seres vivos y el medio. Desde hace algunos años se están aplicando medidas destinadas a menguar el impacto. Como son el efecto invernadero, la destrucción de la capa de ozono, la contaminación del agua y la tierra, y la lluvia ácida.

 

PRACTICA EC. 2º GRADO

Actividad 1. Haz la animación flash y copia en un folio 2 ejemplos de completas y otros dos ejemplos de cada una de las dos incompletas que salen e invéntate otros dos ejemplos con sus soluciones de la que falta.

Esta animación flash permite trabajar:

• Ecuación de segundo grado. Resolución de las completas e incompletas. (Contenido teórico)
• Número de soluciones de la ecuación de 2º grado. (Contenido teórico)
• Pequeño taller. Puesta en práctica con la resolución de ejercicios. Generados aleatoriamente. Autoevaluación. 

Además os voy a dejar un par de videos donde están explicadas las ecuaciones de 2º Grado.

ATOMO: MASA ATOMICA, IONES E ISOTOPOS

Hoy se sabe que el núcleo de cualquier átomo está constituido por protones y neutrones. A partir de ellos, se define:

Z: número atómico = nº protones del núcleo = nº electrones si el átomo está neutro.

A: número másico = nº protones + nº neutrones = partículas que hay en el núcleo.

Si dos átomos poseen el mismo número atómico Z, pertenecen al mismo elemento. Es decir, que un elemento queda perfectamente definido dando su número atómico; sin embargo, para dar más información, también se suele dar el número másico, representándose de la siguiente manera:

por ejemplo:

13C 6 protones, 6 electrones y 7 neutrones
14C 6 protones, 6 electrones y 8 neutrones
14N 7 protones, 7 electrones y 7 neutrones

con frecuencia, como vemos, el número atómico se omite, ya que al dar el símbolo del elemento queda perfectamente definido.

Concepto y tipos de isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento, (por tanto, de igual número atómico Z) con distinto número másico A, es decir, poseen diferente número de neutrones en su núcleo.

Veamos una serie de ejemplos:

• Para el carbono Z=6. Es decir, todos los átomos de carbono tienen 6 protones y 6 electrones. El carbono tiene dos isótopos: uno con A=12, con 6 neutrones y otro con número másico 13 (7 neutrones), que se representan como:

 

El carbono con número másico 12 es el más común (~99% de todo el carbono). Al otro isótopo se le denomina carbono-13.

• El hidrógeno presenta tres isótopos, y en este caso particular cada uno tiene un nombre diferente: hidrógeno deuterio tritio

                                                     

La forma más común es el hidrógeno, que es el único átomo que no tiene neutrones en su núcleo.

Concepto y tipos de iones

Lo más habitual es que los átomos sean neutros; sin embargo, en algunas ocasiones pueden adquirir carga eléctrica. A un átomo con carga eléctrica se le llama ión. Existen 2 tipos de iones:

• Catión: es un átomo que tiene carga eléctrica positiva, lo cual significa que ha perdido uno o varios electrones de su capa más externa.
• Anión: es un átomo que tiene carga eléctrica negativa, lo cual significa que ha ganado uno o varios electrones procedentes de otro átomo y los ha incorporado a su capa más externa. La carga eléctrica de un átomo se indica mediante un superíndice (número seguido de un signo + ó -) en la parte superior derecha del símbolo del elemento químico. Ejemplos:

 

- Se trata de un átomo de sodio ; contiene 11 protones, 12 neutrones y 11 electrones. El catión Na+ tendrá una carga eléctrica positiva y por tanto un electrón menos (10 electrones)
-Se trata de un átomo de cloro ; contiene 17 protones, 18 neutrones y 17 electrones. El anión CL- tendrá una carga eléctrica negativa (anión) y tendrá 18 electrones

Animaciones

Videos
A continuación os dejo una serie de videos sobre lo tratado en la unidad, los primeros tratan del número atómico y el número másico.

Y estos dos últimos de los iones y los isótopos y sus aplicaciones.

Finalmente os dejo un par de esquemas muy interesantes

UN MUNDO POR DESCUBRIR. EL ATOMO

¿Te has parado a pensar alguna vez de qué están hechas las cosas?. ¿ Por qué las rocas son duras?. ¿Por qué el agua adopta la forma del recipiente en el que está contenida?. ¿Qué es lo que hace que un diamante y una mina de un lapicero sean tan distintos, si ambos están formados por carbono?.

Durante toda la historia de la humanidad, científicos y filósofos se han cuestionado de qué estaba hecha la materia. Hoy sabemos que la materia está constituida por unas pequeñas partículas llamadas átomos.

¿Sabes que estas partículas tan pequeñas son invisibles, que necesitamos microscopios electrónicos para verlas y que tienen un gran poder?. Gracias a su conocimiento, podemos usarlas en beneficio de la humanidad, pero también pueden ser altamente peligrosas y que por ellas se podría destruir la vida que conocemos hoy en día.

¿Podrías explicar qué es un átomo y qué partículas lo forman?. ¿Cómo se llegó al conocimiento de estas partículas, y por qué son tan importantes?.

En las ciencias, se utilizan modelos para representar ideas de cómo funciona una parte determinada del universo. En este caso, la teoría atómica trata de explicar el comportamiento y propiedades del átomo; no debe ser interpretado como un dibujo, sino como una representación gráfica de su funcionamiento.

Debido a que no es posible observarlo, el modelo se ha modificado gran cantidad de veces basándose en los nuevos descubrimientos y es probable que el modelo actual, en un futuro, sea modificado o reemplazado.

HISTORIA DE LOS MODELOS ATÓMICOS

La historia del modelo atómico comienza muchos siglos atrás, incluso antes de Cristo. En el siglo V ac, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida en tantas partículas hasta llegar a un punto en que ya no se pudiera dividir mas, es decir que fuera indivisible. Es así como Democrito hace una teoría en la que afirma que la materia está compuesta de partículas indivisibles, a estas partículas las llamo átomos. La palabra átomo en griego significa indivisible.

Empédocles, otro filósofo griego, que no creía en dicha teoría y postulaba la idea de que la materia estaba constituida por 4 elementos que se combinaban entre sí: el agua, la tierra, el aire y el fuego.

Posteriormente transcurre un período en la historia de la Química, donde la principal preocupación es tratar de convertir los metales conocidos en oro. A los científicos encargados de estos procesos se les llamaba alquimistas. Nunca se pudo lograr el objetivo de estos científicos. Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en todos los campo propician los estudios en química.

Hacia finales del siglo XIX se descubrió que el átomo si es una partícula divisible, ya que consta de tres partículas elementales, protones, neutrones y electrones.

•  Los primeros en ser descubiertos fueron los electrones en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson. 
• Los protones fueron descubiertos al igual que el núcleo del átomo en 1911 por Ernest Rutherford. 
•  Los últimos en ser descubiertos fueron los neutrones en 1933 por James Chadwick (Gran Bretaña).

Les dejo a continuación algunos videos muy buenos sobre el tema que les ayudarán a entenderlo mejor...

METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS

En muchísimos procesos industriales (industrias alimentaria, petrolífera, siderúrgica, etc.) es necesario separar los distintos componentes que forman parte de una mezcla, ya sea homogénea o heterogénea. En este apartado estudiaremos los métodos más importantes, agrupados según el tipo de mezcla de que se trate. Estos métodos son físicos, pues no alteran las sustancias que forman la mezcla.

Los procedimientos físicos por los cuales se separan las mezclas se denominan métodos de separación.

SEPARACION DE LOS COMPONENTES DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS

1. FILTRACIÓN: sirve para separar una sustancia sólida no miscible (que no esté disuelta) con una sustancia líquida. Consiste en utilizar un filtro cuyos poros (o agujeros) son más pequeños que el tamaño de las partículas que se quiera separar, de manera que cuando la mezcla se haga pasar a través del filtro éstas quedarán retenidas. Esta técnica se utiliza para separar la nata de la leche, para tamizar la arena en las construcciones, etc. http://www.youtube.com/watch?v=JDxgYTQi4CA

2. DECANTACIÓN:Sirve para separar dos o más líquidos inmiscibles entre ellos. El método se basa en las diferentes densidades de los líquidos que forman parte de la mezcla. Por ejemplo, en el caso de una mezcla de agua y aceite el agua se sitúa por debajo debido a su mayor densidad; utilizando un embudo de decantación, abrimos la llave que se encuentra en la parte inferior y dejamos caer el agua; si cerramos la llave cuando vaya a caer el aceite, habremos conseguido separar ambos líquidos. http://www.youtube.com/watch?v=ixSj9Tx3Fvo

3. CENTRIFUGACIÓN: Sirve para separar, habitualmente, suspensiones de sólidos en líquidos. Consiste en hacer girar la mezcla a una gran velocidad; de esta manera, las partículas más pesadas tienden a “escaparse” de la mezcla, separándose de las restantes. Lógicamente, cuanto mayor sea la masa, con mayor fuerza se separarán las partículas, que quedarán retenidas en el fondo del tubo. Esta técnica se utiliza en los laboratorios de análisis clínicos para separar y estudiar algunas de las sustancias (por ejemplo, los glóbulos rojos) que se encuentran en la sangre. https://www.youtube.com/watch?v=LWZMmCgC5rQ

4. TAMIZADO: Es el método indicado para separar los componentes de una mezcla de sólidos según el tamaño de sus partículas. Utilizando el tamiz apropiado, retendremos en él, el sólido cuyas partículas sean más gruesas.  https://www.youtube.com/watch?v=l5wM7k5MvUM

5. SEPARACIÓN MAGNÉTICA:  Sirve para separar una sustancia que forme parte de la mezcla y que posea propiedades magnéticas, es decir, se vea atraída por un imán. Estas sustancias suelen ser metales. Acercando un imán a la mezcla, conseguiremos separar aquellas sustancias que se vean atraídas por él. Esta técnica suele utilizarse en las industrias siderúrgicas para separar los metales del mineral del que proceden.

SEPARACION DE LOS COMPONENTES DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS O DISOLUCIONES

1. CRISTALIZACIÓN: Sirve para separar una sustancia (habitualmente sólida) que se encuentra disuelta en un líquido. Para ello, se utiliza un recipiente muy ancho llamado cristalizador (ver figura a la derecha), en el cual se vierte la disolución; entonces, si se deja evaporar lentamente, el agua va pasando a estado gaseoso y las partículas de la sustancia sólida se unen poco a poco formando cristales con formas geométricas definidas (rombos, polígonos, etc.). 

Un ejemplo de cristalización es la separación de la sal del agua del mar en las salinas. La cristalización se puede acelerar aún más mediante el calentamiento a sequedad, que consiste en calentar la disolución en una cápsula de porcelana (ver figura a la izquierda) que se pone en contacto con una fuente de calor (hornillo, mechero,...). En este caso, los cristales de sólido que se obtienen al evaporarse el líquido son de menor tamaño que los que se obtienen a partir de la cristalización.

2. DESTILACIÓN: Sirve para separar una mezcla de dos o más líquidos miscibles entre sí. Para ello, se utiliza un dispositivo como el de la izquierda: se introduce la mezcla de líquidos en el matraz y comienza a calentarse. Entonces, el líquido con menor punto de ebullición comenzará a evaporarse antes que los demás; el agua corre por el tubo refrigerante enfriando dicho vapor, transformándolo en estado líquido (condensación). El líquido termina por caer en el recipiente colector, separándose así del resto de la mezcla. Para que la destilación sea eficaz, los líquidos deben tener puntos de ebullición que se diferencien en, al menos, 10 ºC.  http://www.youtube.com/watch?v=cocwhLBtJGg

3. CROMATOGRAFÍA: Es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. Diferencias sutiles en el coeficiente de partición de los compuestos da como resultado una retención diferencial sobre la fase estacionaria y por tanto una separación efectiva en función de los tiempos de retención de cada componente de la mezcla.

La cromatografía en papel es un proceso muy utilizado en los laboratorios para realizar análisis cualitativos ya que pese a no ser una técnica muy potente no requiere de ningún tipo de equipamiento.

EXPERIMIENTOS Y VIDEOS EXPLICATIVOS

A continuación voy a dejar unos videos que he recopilado con los distintos métodos de separación de mezclas, en algunos casos con experimientos reales que deberemos replicarlos en clase:
                         1 Filtración de agua casera                                    2. Decantación

                       3. Centrifugación                                                     4. Experimento tamizado

                          5. Separación magnetica                                              6. Cristalización

                               7. Destilación                                                       8. cromatografía

Aquí os dejo una presentación en PDF que nos servirá de resumen de la unidad:

• Resumen de la unidad de la diversidad de la materia.