Operació Món: Física i Química 2 ESO Comunitat Valenciana (mostra)

LLICÈNCIA 12 MESOS

ESO

FÍSICA I QUÍMICA

J.M. Vílchez González, A.M.a Morales Cas, G.Villalobos Galdeano

Operació món

Índex Els sabers bàsics del curs

Metodologia científica

Hipòtesi d’un desequilibrat o d’un pioner?

1. Coneixement científic

2. Canvis físics i químics

3. Magnituds físiques. Unitats i mesura

4. El llenguatge de la ciència

5. Material de laboratori. Normes de seguretat

6. Ciència, tecnologia i societat

Ciència recreativa

Informe científic. El ninot de neu

Treball pràctic

Els errors de la mesura Per

1 La m

La decantació en temps de Roma

1. Propietats de la matèria

2. Substàncies pures i mescles

3. Dissolucions en estat líquid

4. Tècniques de separació de mescles

5. Suspensions i col·loides

Ciència recreativa

Sòlid o líquid viscós?

Treball pràctic

Dissolució, col·loide o suspensió?

Per a acabar

2 E stats d’agregació

Gasos d’efecto d’hivernacle

1. Característiques dels estats d’agregació

2. La teoria cinètica de la matèria, TCM

3. Pressió i temperatura

4. Lleis dels gasos

5. Els canvis d’estat

6. Gràfics de canvis d’estat

Ciència recreativa

Glaçons d’oli

Treball pràctic

Ebullició d’una mescla

Per a acabar

L’àtom: des de l’antiga Grècia fins a hui

1. La matèria està formada per àtoms

2. Característiques dels àtoms

3. Nombre atòmic i nombre màssic

4. Ions

5. Podem veure els àtoms?

Ciència recreativa Construïm àtoms

4 S ubstàncies químiques 90

Nom i símbol dels elements químics

1. Sistema periòdic dels elements químics

2. Substàncies simples i compostos

3. Molècules i cristalls

4. Algunes substàncies simples

5. Alguns compostos rellevants

Ciència recreativa

Memorització del sistema periòdic

Treball pràctic Discontinuïtat de la matèria (II) Per a acabar

5 C anvis químics en

L’agricultura moderna

1. Canvis en sistemes materials

2. Reaccions químiques

3. Característiques de les reaccions químiques

4. Productes químics d’origen natural i artificial

5. Química sostenible i compromisos ODS

6. Reaccions químiques i medi ambient Ciència recreativa

6 L es forces i els moviments 128

Captivats per l’univers

1. Forces

2. Forces quotidianes

3. Naturalesa de les forces

4. Estudi del moviment

5. Lleis de Newton

6. Deformacions elàstiques. Llei de Hooke

7. Màquines simples

Ciència recreativa

El factor temps en les forces

Treball pràctic. Llei de Hooke

SITUACIÓ D’APRENENTATGE. Dossier d’aprenentatge 152

EL TREBALL CIENTÍFIC

Aquest curs et trobes per primera vegada amb l’assignatura de ciències de Física i química, de manera que el nostre primer objectiu és conéixer la utilitat del treball científic en diferents aspectes quotidians del nostre dia a dia, a més de servir per a donar una explicació als fenòmens naturals del món en el qual ens trobem.

Saps què estudien la física i la química? Coneixes de què estan compostes les substàncies que t’envolten o quines diferències hi ha entre els diferents estats d’agregació? Intentarem respondre preguntes com aquestes en el present projecte, alhora que es desperta el teu interés per la química i la física i pels seus milers de conceptes. Ens espera un viatge apassionant.

Amb el desenvolupament d’aquest treball, a més, centrarem la nostra atenció en els Objectius de Desenvolupament Sostenible en promoure oportunitats d’aprenentatge, alhora que, com a persones investigadores, aprenem a detindre la degradació dels sòls.

SEQÜÈNCIA D’APRENENTATGE

Grups d’investigació. Comencem a investigar les propietats de la matèria.

Unitat

Què expulsa un volcà?

Investiguem les substàncies que componen la lava i els gasos del volcà.

Cartell científic. Comencem a compondre el nostre cartell.

Construïm el volcà. Elaborem un esbós i triem els materials que utilitzarem.

El con. Determinem si la grandària del con influïx en la pressió amb què ixen expulsats els gasos.

EDUCACIÓ DE QUALITAT

VIDA TERRESTRESD’ECOSISTEMES

FOC O LAVA?

La recent erupció del volcà Cumbre Vieja ens ha mostrat molts exemples de les diferents propietats que té la matèria segons l’estat d’agregació en què es trobe. Hem vist imatges de la lava fluint i dels gasos difonent-se per l’atmosfera.

Aquest projecte ens ajudarà a entendre tot el que va passar, per mitjà de la construcció d’una maqueta d’un volcà acompanyada d’un cartell científic en el qual explicarem les propietats de la matèria que ens ajuden a distingir les diferents substàncies expulsades per un volcà. També resumirem les característiques dels tres estats d’agregació i mostrarem l’estructura dels àtoms de diferents substàncies que expulsa un volcà.

Farem el cartell científic en l’aplicació Canva, que ens oferix la possibilitat de triar la plantilla que més ens agrade per a dur a terme la nostra activitat. Després de la realització d’aquest projecte, serem capaços de compartir tota la informació que hem recapitulat d’una manera visual i esquemàtica.

Representació gràfica.

Triem una substància del volcà per a representar en un gràfic com canvia d’estat.

Línia històrica. Investiguem sobre els àtoms que componen la matèria.

Àtoms al volcà?

Analitzem la composició d’alguna substància del volcà.

Cartell i maqueta final Completem el cartell amb tota la informació i finalitzem la maqueta.

Ja en l’antiga Roma, el coneixement sobre la matèria s’aplicava de forma exitosa, ja que conceptes com els efectes de la pressió, la densitat diferent de mescles i les tècniques de separació, com la decantació, s’utilitzaven habitualment. Això es pot comprovar observant i analitzant les seues construccions increïbles; alguns exemples en són l’aqüeducte de Segovia o

Durant molt de temps, es pensava que la civilització romana es limitava a emmagatzemar aigua en els grans depòsits que tradicionalment es trobaven a les proximitats de les ciutats on acabaven els aqüeductes o en els que es construïen per a arreplegar l’aigua de pluja, com la cisterna de Monturque (Còrdova) o la de Teodosi (Istanbul). No obstant això, estudis recents han demostrat que el seu propòsit era molt diferent. Així, aquests depòsits immensos presumiblement podien actuar com a decantadors, a fi de separar les partícules sòlides suspeses en l’aigua. Aquest fet, juntament amb la pintura rogenca que cobria les parets interiors de l’aqüeducte (recentment s’han formulat hipòtesis que atribuïxen a aquesta pintura una funció bacteriana i fungicida), evidencia la rellevància atorgada per la civilització romana al sanejament de l’aigua.

COMPROMÍS ODS

1. Busca en la web iniciatives actuals que pretenguen millorar la qualitat de l’aigua i/o reduir la quantitat d’elements contaminants en embassaments, rius, mars o oceans.

2. L’accés a l’aigua ja era una prioritat per a la civilització romana. Però 2 000 anys després encara hi ha 2 000 milions de persones que no tenen accés als serveis bàsics d’aigua i de sanejament. Consulta en anayaeducacion.es el vídeo sobre la meta 6.4 dels ODS i fes una llista d’accions que pots dur a terme per a ajudar a aconseguir-ho (ajuda: busca en la pàgina web de l’ONU informació en l’apartat dels ODS el document «170 accions diàries per a transformar el món»).

3. Apliqueu la tècnica d’aprenentatge cooperatiu Taula redona per a idear una estratègia que permeta millorar el sanejament de l’aigua de la vostra localitat. Després, reflectiu-la en una infografia on indiqueu l’impacte que tindria en les metes dels ODS 6.

Què descobriràs?

En aquesta unitat

La decantació en temps de Roma

1. Propietats de la matèria

2. Substàncies pures i mescles

3. Dissolucions en estat líquid

4. Tècniques de separació de mescles

5. Suspensions i col·loides

Taller de ciències

Ciència recreativa. Sòlid o líquid viscós?

Treball pràctic. Dissolució, col·loide o suspensió?

En anayaeducacion.es

Per a motivar-te:

• Vídeo: «Abans de començar».

• Document: «Coneixes el cicle formatiu de grau superior en gestió de l’aigua?».

Per a detectar idees prèvies:

• Activitat interactiva: Autoavaluació inicial.

• Presentació: «Què necessites saber».

Per a estudiar:

• Presentacions: «Recipients per a mesurar el volum dels líquids», «Classificació de la matèria», «Material de laboratori per a preparar dissolucions», «Instruments de mesura i material de laboratori» i «Per a estudiar».

• Vídeo: «Mesura del volum d’un sòlid irregular».

• Simulació: «Concentració d’una dissolució».

Per a avaluar-te:

• Activitat interactiva: Autoavaluació final.

• Solucions de les activitats numèriques.

I, a més a més, tota la documentació necessària per a aplicar les claus del projecte.

SEQÜÈNCIA D’APRENENTATGE

GRUPS D’INVESTIGACIÓ.

1.1 Formeu grups a l’aula per a iniciar el projecte. L’ideal és que aquests grups estiguen formats per 4 o 5 integrants.

1.2 A continuació, comença el primer repte, que consistix a fer una pluja d’idees sobre què és un volcà. Cada grup ha d’apuntar en un mapa mental tot el que se li ocórrega sobre aquest fenomen natural, procurant donar resposta a les preguntes següents:

• Quina relació té un volcà amb la química i la física?

• Existixen substàncies pures i mescles en la lava?

• Quines propietats de la matèria tenen els elements que expulsa el volcà?

QUÈ EXPULSA UN VOLCÀ?

Ara, toca ordenar les idees abans de recopilar-les i fer una recerca per a completar la informació que falte:

• Què és un volcà?

• Quins són els elements que expulsa?

• Són sòlids, líquids, gasos?

• Què passa quan tota aquesta massa de magma arriba al mar? Neutralització, a què ens sona?

• De què està composta la lava químicament?

• I els gasos? Quins gasos expulsa un volcà? Investigueu-ho.

CARTELL CIENTÍFIC.

Comencem a treballar sobre el cartell explicatiu de la maqueta que farem en la plataforma digital. Escriviu de forma esquemàtica tota la informació recopilada en les activitats 1 i 2. No oblideu que tota aquesta informació ha d’estar relacionada amb el volcà que dissenyarem.

+ orientacions a anayaeducacion.es

1

Propietats de la matèria

La matèria és tot el que ens compon i el que ens envolta. En les condicions de l’escorça terrestre, es troba en tres estats d’agregació diferents, però la matèria té tres característiques comunes.

La matèria, o sistema material, és tot el que té una propietat fonamental anomenada massa, i ocupa un espai, és a dir, un volum.

Quan ens referim a matèria en estat sòlid, amb límits definits, utilitzem la denominació de cos, que pot ser regular, si té una forma geomètrica coneguda (cub, esfera, cilindre, etc.), o irregular, en cas contrari. Per a fer referència a una porció de matèria en estat líquid o gasós, utilitzem la denominació sistema material.

La percepció diferent que tenim de la matèria es deu també a les seues propietats. Així, distingim entre:

• Propietats generals. Son les propietats que ens permeten distingir el que és matèria del que no ho és, però no ens permeten diferenciar uns materials d’uns altres. Les més importants són la massa i el volum.

• Propietats característiques o específiques. Són les propietats que ens permeten diferenciar un tipus de matèria d’un altre. Algunes són la densitat, les temperatures de canvi d’estat, la conductivitat elèctrica o la conductivitat tèrmica, i moltes més.

1.1 Propietats generals: massa i volum

Com estudiarem en els pròxims cursos, la massa està relacionada amb altres variables, com la quantitat de substància, la força d’atracció que hi exerceix la Terra (el pes) o la dificultat amb la qual s’altera la seua velocitat (inèrcia).

La massa és la quantitat de matèria que té un cos o sistema material. Es tracta d’una magnitud fonamental.

La massa es mesura amb una balança i la seua unitat en el SI es el quilogram.

Tipus de balances

Balança de dos braços

Balança d’un braç

Balança digital o electrònica

Per a mesurar la massa d’un objecte, es col·loca l’objecte en un dels platets i en l’altre col·loquem pesos, de major a menor valor, fins a aconseguir l’equilibri de la balança. La massa de l’objecte és la suma de les masses dels pesos utilitzats.

En aquest cas, es col·loca l’objecte en el platet i es mouen els pesos que hi ha en les guies, de major a menor valor, fins a equilibrar-la. La massa de l’objecte és la suma dels valors indicats en les posicions dels pesos.

El seu funcionament és molt més senzill que el de les balances analògiques. Es posa l’objecte en el platet i, per mitjà de sensors, se’n mesura la massa per l’acció de la força pes. El valor de la mesura es mostrarà en la pantalla digital.

L’altra propietat general de la matèria és el volum; és a dir, l’espai que ocupa. Es tracta en aquest cas d’una magnitud derivada. La seua unitat en el SI és el metre cúbic, m3

El volum és l’espai que ocupa un cos o un sistema material.

Per a mesurar el volum d’un líquid, és necessari introduir-lo en un recipient; el volum màxim que pot contindre un recipient és la seua capacitat; la unitat de capacitat és el litre (L).

Un litre és el volum màxim que pot contenir un recipient cúbic d’1 dm d’aresta. Amb freqüència utilitzem alguns múltiples i submúltiples del litre:

Per a mesurar diferents volums de líquids, utilitzem material graduat, com provetes graduades, pipetes o buretes; no obstant això, per a mesurar volums concrets de líquids utilitzem material aforat, com ara matrassos i pipetes aforades, amb una capacitat corresponent al volum mesurat.

Consulta el material de laboratori per a mesurar volums de líquids en la presentació que t’oferim en anayaeducacion.es

COMPR É N, PENSA, INVESTIGA

1 Pensa i compartix en parella. La llum és matèria? Responeu aquesta pregunta donant arguments a partir de les propietats generals de la matèria.

2 Quina magnitud s’ha mesurat en la imatge del cub? Es tracta d’una mesura expressada en unitats del SI? Si la resposta és negativa, escriu el valor d’aquesta mesura en unitats del SI.

El volum d’un sòlid irregular coincidix amb el volum d’aigua que desplaça i s’obté restant els volums d’aigua amb el sòlid introduït i sense aquest.

El volum d’un sòlid regular s’obté mesurant-ne les dimensions i aplicant l’expressió matemàtica corresponent; per exemple, el volum d’un cilindre de radi r i altura L és:

3 No tot el material de vidre del laboratori s’utilitza per a mesurar volums. Identifica en la fotografia del material de vidre els recipients que tenen altres usos, dibuixa’ls i explica per a què s’usen.

4 Un error comú és confondre el centilitre, cL, amb el centímetre cúbic, cm3. Utilitzant les equivalències que hem vist, indica quina relació hi ha entre aquestes dues unitats.

1 L = 1 dm3 ; 1 mL = 1 cm3 ; 1 kL = 1 m3

EXERCICI RESOLT

1.2 Una propietat específica: la densitat

El valor d’aquest propietat, que és una magnitud derivada, ens permet diferenciar unes substàncies d’altres.

La densitat és la relació entre la massa d’un cos, o sistema material, i el volum que ocupa.

Aquesta relació, en llenguatge matemàtic, es representa mitjançant un quocient:

En l’expressió anterior, m és la massa, que en unitats del SI es mesura en kg; V és el volum, expressat en m3, i d serà, aleshores, la densitat en kg/m3, que és la unitat del SI per a aquesta magnitud derivada.

En el llenguatge quotidià tendim a utilitzar de forma errònia el concepte de «densitat»; per exemple, quan diem que «alguna cosa flota en l’aigua perquè pesa poc» fem referència només al fet que té poca massa. Això és incorrecte, ja que perquè un sistema material flote damunt d’un altre, la relació entre la massa i el volum del primer ha de ser menor que la del segon; és a dir, que el primer siga menys dens que el segon.

1 Enginya un sistema per a determinar el material de què estan fets dos objectes, si sospitem que un és de ferro i l’altre de plom.

Dades:

Objecte A: massa = 36,2 g; volum = 3,20 mL

Objecte B: massa = 33,8 g; volum = 4,30 mL

Una forma pot ser calcular la densitat de cada un i comparar els resultats amb les densitats tabulades del ferro i del plom.

Per a obtindre la densitat en unitats del SI, hem d’expressar la massa i el volum en les unitats del SI corresponents, kg i m3, respectivament.

Per a tindre la massa en kg, dividim entre 103:

mA = 36,2 g = 0,036 2 kg = 3,62 · 10–2 kg

mB = 33,8 g = 0,033 8 kg= 3,38 · 10–2 kg

COMPR É N, PENSA, INVESTIGA …

5 Utilitza els factors de conversió i la notació científica per a realitzar els canvis d’unitats de les mesures expressades en l’exercici resolt anterior.

6 Cercle de punts de vista. Indica com mesuraries el volum dels objectes de l’exercici resolt. Per què creus que donen aquesta dada expressada en mil·lilitres?

7 Podries emmagatzemar 8 kg d’etanol en una garrafa de 7 L? Calcula si sobrarà o faltarà etanol.

Sabem que 1 mL = 1 cm3. Per a expressar el volum en m3, hem de dividir entre 106:

VA = 3,20 mL = 3,20 · 10–6 m 3

VB = 4,30 mL = 4,30 · 10–6 m 3

Dividint massa entre volum, obtenim la densitat en cada cas:

–==

2 3 –

–==

2 3 –

,· d 43010 33810 7 860 m kg m kg B 63

,·

Comparant aquests resultats amb la taula, observem que el material A correspon al plom, i el B, al ferro.

8 Full giratori. La fusta de balsa ( Ochroma piraminade ) és una fusta molt cotitzada, perquè és molt poc densa ( d  = 160 kg/m3) i, no obstant això, és molt resistent. Quines aplicacions creus que té aquest tipus de fusta?

9 Calcula la massa d’una post de surf d’aproximadament 60 dm3 de volum a partir de les dades de l’activitat anterior.

1.3 Mesura de la densitat

■ Mesura directa de la densitat

La densitat d’un líquid es pot mesurar de forma directa utilitzant el densímetre, un instrument de vidre que consistix en un cilindre buit amb un bulb pesat en un dels extrems que pot flotar en posició vertical. Per a mesurar el valor de la densitat, el col·loquem verticalment en el líquid i el deixem flotar lliurement; s’enfonsarà més o menys segons si el líquid és menys o més dens. El valor de la densitat es llig en l’escala del densímetre (vegeu la imatge).

■ Mesura indirecta de la densitat

La densitat es una magnitud derivada, per la qual cosa es pot calcular a partir dels valors de les magnituds que la definixen: la massa i el volum. Per a fer-ho, mesurarem els valors de la massa i del volum del cos de forma independent, i calcularem el valor del seu quocient. Obtindrem així el valor de la densitat.

Per a mesurar la massa, utilitzarem una balança, i per a mesurar el volum, usarem instruments diferents segons que es tracte d’un sòlid regular o irregular, o d’un líquid.

• Orientacions per a l’ús de la balança

Podem utilitzar balances analògiques (d’un o de dos braços) o digitals. El seu ús ja s’ha descrit anteriorment. Hem d’evitar l’error de zero: quan els platets estan buits, la balança ha de marcar zero. Als extrems dels braços hi ha uns perns per a regular-les. En el cas de les balances electròniques, s’haurà de tarar en zero cada vegada que es faça una pesada.

• Orientacions per a l’ús de la proveta

Quan usem instruments graduats, com la proveta, és important evitar l’error de paral·laxi (imatge inferior).

Procediment experimental

Amb una balança mesurem la massa de l’objecte del qual volem conéixer la densitat.

Amb una proveta en calcularem el volum (en anayaeducacion.es t’expliquem com fer-ho).

Investiga els fonaments del densímetre

En quina propietat es basa la mesura de la densitat de la imatge? Investiga sobre la flotabilitat i compartix les teues conclusions amb el teu equip de treball.

m = 24 g = 0,024 kg

V = 8 mL = 0,000 008 m3

d = m V

d = d 0, 00000m

0, 24 kg 3kg/m 000 8 3

Finalment, dividim la massa de l’objecte entre el seu volum, i apliquem les regles d’arredoniment.

2

Substàncies pures i

mescles

Quan estudiem un sistema material, podem trobar-nos amb dues situacions diferents: que es tracte d’una substància pura, és a dir, que no estiga mesclada amb altres substàncies, o bé que siga una mescla de diverses substàncies pures.

Una substància pura és un tipus de matèria que no es pot descompondre en altres de més simples per mètodes físics. Al contrari, una mescla és un sistema material format per diferents substàncies pures, que sí que es poden separar mitjançant mètodes físics.

2.1 Substàncies pures: simples i compostos

Hi ha dos tipus de substàncies pures: les substàncies simples, o elementals, i els compostos.

• Les substàncies simples són les que estan formades per àtoms del mateix element químic, per la qual cosa no es poden descompondre mitjançant un canvi químic (no se’n formen altres de noves). Per exemple, el O2 és una substància simple formada únicament per l’element químic oxigen, O.

• Els compostos són substàncies que es descomponen en altres mitjançant mètodes químics. En el quadre següent s’explica un cas concret per a l’aigua.

Substàncies pures

Substància simple

Un exemple de descomposició: electròlisi de l’aigua

L’or és una substància simple, per la qual cosa les seues propietats característiques són constants. A més a més, no es descompon mitjançant canvis químics.

Substància composta

Molts medicaments són substàncies compostes que es descomponen en altres de més simples quan les introduïm en el nostre organisme per via oral, intramuscular, etc., sempre seguint les indicacions donades en el tractament mèdic.

Durant el procés d’electròlisi (que estudiaràs més avant), l’acció d’un corrent elèctric fa que l’aigua, H2O, es descomponga en dues substàncies simples, l’hidrogen, H2, i l’oxigen, O2. Es tracta d’un canvi químic.

2.2 Mescles heterogènies

Les substàncies que componen aquest tipus de mescles es distingixen, de vegades, a simple vista. Les propietats físiques varien d’una part a una altra, d’ací que siguen heterogènies.

Hi ha mescles heterogènies en estat sòlid (per exemple, l’arena) i també en estat líquid i gasós. Algunes d’aquestes mescles són les suspensions, de les quals parlarem més avant.

2.3 Mescles homogènies

Aquest tipus de mescles també s’anomenen dissolucions. A simple vista no podem diferenciar entre una substància pura i una mescla homogènia, ja que les seues propietats són iguals en totes les seues parts. Les dissolucions poden estar en estat sòlid, líquid i gasós (el requadre «Tipus de mescles» mostra un exemple de cada cas).

Per a saber si estem davant d’una dissolució o davant d’una substància pura, hem de provocar, d’alguna manera, la separació entre les substàncies que formen la mescla, o bé conéixer-ne abans la composició.

Per a aconseguir la separació de les substàncies de la mescla, se sol provocar el canvi d’estat d’una d’aquestes, calfant la mescla.

Tipus de mescles

Arena: mescla heterogènia

Tal com s’observa a simple vista, es poden distingir els diferents materials que componen l’arena, perquè tenen distintes mides, textures, colors, etc.

Aigua potable: dissolució en estat líquid

L’aigua potable és una dissolució en estat líquid de sals i aigua. Si beguérem aigua pura, es provocaria un desequilibri en el nostre cos.

Aire: dissolució en estat gasós

L’aire és una mescla de gasos. Es tracta d’una dissolució en estat gasós. La seua composició aproximada és de 79 % de nitrogen i 21 % d’oxigen.

10 Taula redona. L’aigua embotellada sol mostrar en l’etiqueta de l’envàs una anàlisi química, on es dona informació sobre les substàncies presents. Podríem dir que es tracta d’una substància pura? Argumenta-ho.

11 Cadena de seqüències. És la llet una substància pura? Idea un mètode per a comprovar la teua resposta i explica’n les etapes i les conclusions.

12 L’espill. Explica la diferència entre un mineral i una roca. Quina és una substància pura i quina una mescla? Com podries comprovar-ho experimentalment? Posa un exemple de cada un.

13 Investiga sobre l’etimologia de la paraula «electròlisi» i relaciona-la amb el que has observat en la imatge de la pàgina anterior. Quines aplicacions té l’electròlisi de l’aigua?

Acer: aliatge (dissolució en estat sòlid)

L’acer és una dissolució en estat sòlid de ferro i carboni. Les dissolucions de metalls en estat sòlid es denominen aliatges, i presenten propietats diferents a les dels seus components, com per exemple una resistència i una lleugeresa majors. Les diferents propietats dels aliatges fan que s’utilitzen en la indústria de la construcció, en l’automobilística i en implants i pròtesis, entre altres.

Hi ha aliatges que es coneixen des de l’antiguitat i que trobem en objectes quotidians. Alguns són:

• Bronze: mescla de coure i estany.

• Llautó: mescla de coure i zinc.

• Alpaca: mescla de coure, níquel i zinc.

COMPR É N, PENSA, INVESTIGA

3.1 Dissolucions

Dissolucions en estat líquid

EXEMPLES DE DISSOLUCIONS

Sòlid Sòlid Sòlid Acer

Gas Oxigen en aigua

Com ja hem vist, les mescles homogènies de diverses substàncies pures es coneixen també com dissolucions. En totes les dissolucions denominem els components que les formen d’aquesta manera:

• Dissolvent és la substància que està en una proporció major en una dissolució. Si es tracta d’una dissolució en la qual hi ha aigua, les anomenades dissolucions aquoses, considerarem sempre que el dissolvent és l’aigua, encara que estiga present en una proporció menor.

• Solut és la substància que es dissol en el dissolvent. Normalment, es troba en menor proporció que el dissolvent. Podem tindre més d’un solut en una dissolució.

Hi ha dissolucions en estat sòlid, líquid i gasós; en la taula d’aquesta pàgina es recullen exemples de totes, però en la resta de l’epígraf ens centrarem en l’estudi de les dissolucions en estat líquid.

Líquid Líquid

Líquid Alcohol en aigua

Sòlid Sucre en aigua

Gas Gas Gas Aire

En anayaeducacion.es trobaràs una presentació on podràs conéixer el material de laboratori necessari per a preparar una dissolució en estat líquid.

Procediment de preparació d’una dissolució

Quan hem de preparar una dissolució d’un sòlid en un líquid al laboratori, seguim un procediment de quatre passos. Vegem, a tall d’exemple, la preparació d’una dissolució de 4 g de solut en 100 mL de dissolució.

1. Mesurem la massa de solut utilitzant una balança procurant ser el més precisos possible.

2. Aboquem el sòlid en un vas de precipitats, on es dissoldrà amb aigua destil·lada.

3. Transferim la dissolució des del vas de precipitats al matràs aforat amb l’ajuda de l’embut.

4. Per acabar, amb un flascó rentador i un comptagotes, afegim aigua destil·lada fins al ras.

3.2 Concentració de una dissolució

Podem trobar dissolucions que continguen les mateixes substàncies, però una proporció diferent. Diem aleshores que tenen una concentració diferent.

La concentració d’una dissolució és la quantitat de solut que hi ha en una quantitat determinada de dissolució.

En l’exemple de la pàgina anterior, la concentració està expressada en massa/volum, i la calculem d’aquesta manera:

14 L’aire està format principalment per nitrogen (en un 79 %); el solut de major proporció és l’oxigen. Té més soluts l’aire?

15 Treballa amb la simulació que t’oferim en anayaeducacion.es sobre la concentració. Després, calcula la concentració, expressada en g/L, de la dissolució de les fotografies de la pàgina anterior.

s =

C V m T

on ms és la massa de solut, que expressem en grams, g; VT és el volum total de la dissolució, mesurat en litres, L, i C és la concentració expressada en grams per litre, g/L.

3.3 Dissolucions diluïdes, concentrades i saturades

Si una dissolució té una concentració major que una altra, diem que la primera és una dissolució més concentrada que la segona, i la segona és una dissolució més diluïda que la primera.

Si una dissolució té la màxima concentració possible, l’adició de més solut provoca que aquest ja no es dissolga; tindrem aleshores una dissolució saturada. Si afegim més solut a una dissolució saturada, obtindrem un precipitat, que és solut que no aconseguim dissoldre.

La solubilitat és la concentració de la dissolució saturada. El valor d’aquesta concentració depén del solut, del dissolvent i de la temperatura.

Tipus de dissolucions segons la seua concentració

16 Compara l’expressió matemàtica de la densitat amb la de la concentració. Quines semblances i quines diferències trobes? Es tracta de la mateixa magnitud? Realitza un diagrama de Venn amb la resposta.

Diluïda Concentrada Saturada Sobresaturada

Si la concentració d’una dissolució és molt menor que la seua solubilitat, la dissolució és diluïda.

Quan la concentració s’acosta al valor de la solubilitat, diem que la dissolució està concentrada.

En arribar al valor de la solubilitat, la dissolució no admet més solut, i direm que està saturada.

No és possible dissoldre més solut a aquesta temperatura i en aquest volum de dissolvent. El solut comença a precipitar.

COMPR É N, PENSA, INVESTIGA

Tècniques de separació de mescles

4.1 Per a mescles heterogènies

Hi ha una gran varietat de tècniques que ens permeten separar els components d’una mescla heterogènia. Totes són mètodes físics que es basen en el valor diferent d’una propietat dels components de la mescla, com el fet d’estar en el mateix estat d’agregació o diferent, la densitat o la mida. Algunes es mostren en el requadre inferior, encara que n’hi ha moltes altres que aprendràs més avant.

Tècniques per a separar mescles heterogènies

DECANTACIÓ

Consistix en la separació dels components d’una mescla heterogènia si aquests tenen densitat diferent. Pot ser una mescla de líquids immiscibles (que no es dissolen, com l’aigua en l’oli), o d’un sòlid suspés en un líquid o en un gas.

Per a separar dos líquids immiscibles, aboquem la mescla en l’embut de decantació. Quan ha passat un cert temps, el líquid dens flota. En aquest moment, obrim la clau per a separar el líquid més dens, que arrepleguem en un vas de precipitats.

Si tenim una mescla formada per un sòlid i un líquid, és possible separar les partícules del sòlid, d’una mida major, utilitzant un filtre, o un mitjà filtrant.

El paper de filtre de la imatge reté les partícules de sòlid, mentre que l’aigua passa a través seu.

CENTRIFUGACIÓ

La separació s’obté perquè els components de la mescla tenen una densitat diferent.

En aquest cas, se sotmet la mescla a l’acció d’una força centrípeta, provocada per un moviment de gir a gran velocitat.

Aquesta tècnica s’utilitza per a separar mescles heterogènies per a les quals la decantació o la filtració no són suficients; per exemple, per a separar el plasma de la sang.

Aigua

Aigua i arena

Oli

Aigua

4.2 Per a mescles homogènies

Les tècniques de separació de mescles homogènies permeten separar el dissolvent del solut, o dels soluts. Les dues més utilitzades es mostren a continuació.

Tècniques per a separar mescles homogènies

COMPR É N, PENSA, INVESTIGA …

17 Fes un diagrama jeràrquic amb la classificació de les mescles i amb les tècniques de separació que es poden utilitzar en cada cas tenint en compte l’estat d’agregació de les substàncies que formen la mescla i la propietat en la qual es basa cada tècnica de separació. Utilitza l’esquema de la dreta.

18 Caps pensants. Tens una mostra d’un residu format principalment per arena i aigua. S’observa també en aquesta mescla un líquid viscós que sembla oli. Et demanen que determines si, a més a més, hi ha sals dissoltes. Com ho faries per a separar els components d’aquesta mescla?

Aquesta tècnica està indicada quan tenim un solut sòlid, per exemple, una sal, dissolt en aigua.

DESTIL·LACIÓ

CRISTAL·LITZACIÓ Aigua freda Alcohol

Una destil·lació permet separar una dissolució formada per dos líquids de temperatura d’ebullició distinta.

Per a això, la dissolució s’introduïx en el matràs de fons redó i es calfa. En arribar a la temperatura d’ebullició de la substància més volàtil, aquesta passa a estat gasós. Els vapors generats passen al tub interior del refrigerant, on es condensen i s’arrepleguen en el col·lector. Pel tub exterior del refrigerant circula aigua de refrigeració, que refreda els vapors, però no entra en contacte directe amb aquests.

Consulta una altra vegada la presentació que t’oferim en anayaeducacion.es per a recordar com s’utilitza el material de laboratori.

Tipus de mescla ?

Homogènies

Solut sòlid ? ? ?

? ?

Per mida

Filtració Destil·lació

5

Suspensions i col·loides

Hem vist que una mescla homogènia es aquella en la qual no és possible distingir els seus components a simple vista, però de vegades es pot donar el cas que pensem, erròniament, que una mescla és homogènia quan, en realitat, estem davant d’una suspensió o d’un col·loide.

5.1 Suspensions

Pensem, per exemple, en un sòlid finament dividit (en pols), que està dispers en un líquid o en un gas. En absència d’agitació, i amb el temps suficient, el sòlid es deposita i cau.

Es tracta, en aquest cas, d’una mescla heterogènia que rep el nom de suspensió. Les suspensions més habituals són de sòlids en gasos o en líquids. La fase en què es produïx la dispersió es denomina fase dispersant i el sòlid que està suspés es coneix com fase dispersa.

5.2 Col·loides

Una mescla amb característiques intermèdies entre la suspensió (heterogènia) i la dissolució (homogènia) s’anomena col·loide.

En aquest cas, les partícules no es depositen al fons amb el pas del temps. Es tracta de partícules amb una mida inferior a 100 nm, que són molt difícils de separar de la fase dispersant.

Estrictament parlant, un col·loide no és una dissolució, ni una mescla heterogènia. No obstant això, en molts casos s’utilitza la terminologia pròpia de les dissolucions per a fer referència a un col·loide. Per exemple, parlem de solut per a referir-nos a la substància que està en menor proporció en aquesta mescla.

Hi ha col·loides formats per la dispersió d’un sòlid o d’un líquid en un gas o en un líquid, o per condensació d’un gas en una altra fase gasosa, com és el cas dels núvols.

Exemples quotidians de suspensions i col·loides

Suspensió Col·loide

Els antibiòtics infantils no són solubles en aigua. Es preparen realitzant una suspensió del medicament en aigua, per a poder administrar-los en forma líquida.

Un exemple de col·loide són les gelatines casolanes. A la cuina hi ha nombrosos exemples de col·loides, ja que no totes les substàncies es dissolen en el dissolvent.

EXEMPLES DE SUSPENSIONS

Estat físic Fase dispersant Fase dispersa Exemple

Gas Gas Sòlid Contaminació atmosfèrica

Líquid Líquid Sòlid Orxata

EXEMPLES DE COL·LOIDES

Estat físic Fase dispersant Fase dispersa Exemple

Gas Gas

Líquid Núvols

Sòlid Fums

Líquid Líquid Líquid Llet, maionesa

Com diferenciar un col·loide d’una dissolució

Dissenya un experiment

A partir del que has aprés sobre l’efecte Tyndall, digues com podries idear un experiment per a demostrar que la gelatina és realment un col·loide.

Les partícules sòlides que formen un col·loide són d’una mida major que les del solut que es troba dissolt en una dissolució. Per això, aquestes partícules poden fer canviar la direcció de propagació de la llum i dispersar-la.

Això està causat perquè cada una de les partícules diminutes que componen la fase dispersa actua com un emissor de llum que fa que la seua direcció canvie, fet que provoca que els raigs de llum es puguen veure.

Aquest fenomen es coneix com efecte Tyndall i es pot observar clarament en cels parcialment ennuvolats, perquè els núvols són un exemple de col·loide.

COMPR É N, PENSA, INVESTIGA …

19 Comprovem. Indica quina tècnica utilitzaries per a separar els components d’aquetes mescles. Es tracta de dissolucions, suspensions o col·loides?

a) Aigua salada.

b) Núvol de pols.

c) Llet.

d) Una mostra de sang.

e) Pintura de parets.

20 Elabora una definició per als termes següents: suspensió i col·loide. Busca informació sobre el terme «emulsió» i explica’n el significat amb les teues paraules. Posa un exemple de cada un utilitzant sistemes materials que estiguen presents a ta casa.

21 Assemblea d’idees. La maionesa, igual que la llet, és una emulsió. Una versió d’aquesta salsa es prepara a partir de llet i oli d’oliva. Per què creus que és necessari batre la mescla per a obtindre la salsa? Que passa quan diem que la salsa s’ha «tallat»?

22 Busca a ta casa els materials següents i classifica’ls segons que siguen mescles homogènies, heterogènies o col·loides.

a) Suc fet a partir de concentrat.

b) Llet sencera.

c) Desodorant en esprai.

d) Infusió de camamil·la.

e) Aigua oxigenada.

f) Crema corporal.

g) Nata.

Taller de ciències

Sòlid o líquid viscós? Ciència recreativa

Introducció

Una de les característiques que ens permeten reconéixer els tres estats d’agregació és la viscositat, és a dir, la resistència a fluir que tenen gasos i líquids. En l’experiència següent aprendrem a identificar-la.

Analitza

• Si aboquem aigua, oli o mel sobre una superfície, què passa? Es pot veure que el seu comportament és bastant diferent: l’aigua, en abocar-se, s’escampa més que l’oli i que la mel. Això és així perquè l’aigua és menys viscosa.

• En jugar amb una pasta verdosa que venen per a fer bromes, hauràs notat que el seu comportament és diferent al dels líquids i al dels sòlids.

Construïx

Material

• Midó en pols • Cola blanca • Colorant alimentari • Aigua

• Una cullera • Un got • Un bol • Una bossa d’autosegellat.

Construïx

Elaborarem aquesta pasta verdosa de forma casolana.

• Diluïm una culleradeta de midó en mig got d’aigua temperada.

• En un bol, afegim una cullerada sopera d’aquesta dissolució i dues cullerades soperes de cola blanca. S’hi poden afegir unes gotes de colorant alimentari.

• Remenem la mescla, al principi amb la cullera, i després, amb les mans. Guardem la pasta en la bossa d’autosegellat i la refrigerem.

• La pasta preparada, fluïx? Més o menys que la mel? I que l’oli? És un líquid o és un sòlid? És la viscositat el mateix que la densitat?

• Aboquem amb compte la pasta en un got i fem que esvare. Mesurem el temps que tarda a arribar a la vora. Fem el mateix amb l’oli i amb l’aigua; d’aquesta manera, compararem la viscositat d’aquests materials.

• Amassem la pasta amb les mans i fem una bola. Observem que, com més gran és la força que s’hi fa, menys es pareix el seu comportament al d’un líquid; és a dir, augmenta la seua viscositat.

Conclusions

La pasta que hem preparat es comporta com un líquid molt viscós. A més a més, aquesta viscositat augmenta quan la sotmetem a algun tipus d’esforç, com ara tensions, torsions, o si la colpegem. Per això, diem que alguns fluids, com el que hem fabricat, es poden comportar com a sòlids. Aquests fluids s’anomenen no newtonians, i són molt comuns.

Busqueu informació sobre fluids no newtonians quotidians, i relacioneu-la amb el comportament del quetxup i del xocolate.

Treball pràctic

Aigua i farina (separats)

Dissolució, col·loide o suspensió?

Plantejament del problema

L’objectiu d’aquesta pràctica és classificar mescles de substàncies quotidianes en dissolucions, col·loides i suspensions.

La teua proposta

Com podríem diferenciar una suspensió d’una dissolució? I una dissolució d’un col·loide? Quines proves podem plantejar per a determinar si estem davant d’algun d’aquests tipus de mescla?

La nostra proposta

Ens fixarem en algunes propietats que ens permeten diferenciar entre suspensió, dissolució i col·loide:

• Si la mescla se separa en capes en no ser remenada durant un cert temps.

• Si la mescla completa travessa el paper de filtre o en queda una part sense filtrar-se.

• Si és transparent a la llum d’un punter làser o si, al contrari, fa que aquesta llum es disperse, de manera que es pot observar.

Material

• Aigua • Farina • Café • Llet • Paper de filtre • Embut • Balança

• Proveta • Vasos de precipitats • Punter làser o llanterna.

Orientacions per a la realització de l’experiència

Preparació de les mescles

Elaborem tres mescles diferents: una d’aigua i farina, una altra d’aigua i café i, per acabar, una altra d’aigua i llet. Per a aquestes dues últimes, utilitza només unes gotes de café o de llet.

Seqüència de proves

• Filtració. En primer lloc, farem que les mescles passen a través del paper de filtre, utilitzant l’embut (muntatge mostrat en l’epígraf 4). Observarem si hi ha diferències entre l’aspecte de la mescla original, el filtrat i la part retinguda en el paper de filtre.

• Sedimentació. A continuació, deixarem les mostres en repòs, cada una en un recipient, durant unes quantes hores; observarem si hi ha diferències abans i després del temps de repòs.

• Efecte Tyndall. Fem passar la llum d’un punter làser a través de les mescles. Per veure-ho millor, apaguem els llums del laboratori. Observarem si s’aprecia, o no, el raig de llum en travessar la mescla.

EXTRAU CONCLUSIONS

1 Utilitzant l’esquema anterior, extrau conclusions sobre les experiències que has realitzat.

2 Explica per què es possible veure el raig de llum a través d’un col·loide i d’una suspensió.

Aigua i café

Aigua i llet

Separem els components per filtració?

Per a acabar

COMPRÉN

Organitza les idees Mapa conceptual jeràrquic

1 Treballa amb l’esquema. Copia l’esquema en el quadern i inclou-hi branques noves i requadres a partir d’aquestes idees:

a) Inclou tres exemples de substàncies simples i de compostos.

La matèria

b) A partir del quadre «Homogènies o dissolucions», inclou una branca per a descriure les particularitats de les dissolucions aquoses i una altra amb el concepte de «concentració» i els tipus que hi ha segons la quantitat de solut present.

Propietats generals

està definida per que són

Propietats específiques com poden ser

que se separen per

• Massa

• Volum

• Densitat

• Conductivitat elèctrica

Tècniques de separació de mescles com poden ser

• Decantació

• Filtració

• Destil·lació

Recorda que pots consultar les solucions de totes les activitats numèriques en anayaeducacion.es

Propietats de la matèria

1 Indica si les mesures següents són de massa, densitat, volum o cap de las anteriors.

a) 3 kg; b) 4 cL; c) 27 m3; d) 3 g/L; e) 690 mm.

2 Quantes garrafes de 7 L es necessiten per a omplir una piscina de 3 m3? Podríem instal·lar-la en una terrassa que suportara una massa màxima de 1 500 kg? Densitat de l’aigua = 1 kg/L.

3 La conductivitat tèrmica de la fusta és molt inferior a la dels metalls. Per què les paelles estan fetes de metall, mentre que el mànec sol ser de fusta? És la conductivitat tèrmica una propietat característica?

es classifica en Heterogènies Col·loides

Mescles que poden ser

Substàncies pures que poden ser

Simples Compostes

Homogènies o dissolucions

formades per

Solut Dissolvent

4 Roda lògica. Tenim dues barres de material diferent, ambdues de la mateixa longitud i volum. Si una d’aquestes té més massa que l’altra, podríem saber de quin material es tracta? Suposa que ens donaren els valors de les magnituds que esmentem en l’enunciat.

Substàncies pures i mescles

5 Classifica aquests materials segons que siguen substàncies pures, mescles homogènies o mescles heterogènies:

a) Aire

b) Quars

c) Ferro

d) Suc de taronja

6 1-2-4. Indica la diferència entre substància simple i element químic.

Dissolucions

7 Preparem al laboratori una dissolució que conté 70 g d’alcohol en 100 mL d’aigua. Indica quin és el solut i quin el dissolvent.

8 Calcula la concentració de la dissolució de l’exercici anterior, expressada en g/L.

9 Si preparem una altra dissolució, però utilitzant, en aquest cas, 20 g d’alcohol, serà una dissolució més concentrada o més diluïda respecte a l’anterior?

10 Cercle de punts de vista. Hi ha mescles en estat sòlid? Es tracta de mescles homogènies o heterogènies?

11 Senyala el material de laboratori que necessites per a preparar una dissolució aquosa de 10 g de sal per cada 250 mL de dissolució. Quina és la concentració d’aquesta dissolució?

12 Grup nominal. Podem comparar la solubilitat de dos sals en aigua? Desenvolupa un procediment per a comprovar quina de les dues sals és més soluble.

13 Quan preparem una llimonada casolana amb sucre, de vegades observem que hi ha un gran depòsit de sucre al fons del recipient. Pots explicar aquest fet? Recorda que la solubilitat varia amb la temperatura.

14 La solubilitat dels gasos disminuïx en augmentar la temperatura. Utilitza aquesta evidència per a explicar per què moren peixos per abocaments d’aigües calentes.

Tècniques de separació de mescles

15 Indica els noms d’aquests materials i si s’utilitzen en tècniques de separació de mescles homogènies o heterogènies.

a) b)

16 Dissenya un mètode per a separar una mescla d’oli, vinagre i sal. Explica el material que utilitzaries, les etapes que seguiries i l’objectiu que tindria cada una.

17 En quina propietat es basa la separació per decantació? Podríem separar aigua de sal mitjançant aquesta tècnica? Explica la resposta.

18 Tenim una suspensió d’un sòlid, amb partícules que tenen una mida molt xicoteta (pols), en aigua. Posem aquesta suspensió en un recipient i observem que les partícules tarden molt de temps a depositar-se al fons. Quina tècnica de separació utilitzaries per a accelerar el procés?

REFLEXIONA

Ja has creat la primera part del cartell, de manera que ja pots començar a reflexionar per a millorar les teues competències. Fes l’autoavaluació que t’oferim en anayaeducacion.es i demana almenys a dues persones d’altres equips que t’avaluen. Quan avalues tu una altra persona, a més d’indicar el nivell que té, oferix-li idees de com milloraries els aspectes més fluixos de la seua obra.

La investigació sobre què és un volcà ha sigut completa i detallada.

POSA A PROVA LES TEUES COMPETÈNCIES

Fes l’avaluació competencial inclosa a anayaeducacion.es

© GRUPO ANAYA, S.A., 2023 - C/ Valentín Beato, nº 21 - 28037 Madrid.

Reservados todos los derechos. El contenido de esta obra está protegido por la Ley, que establece penas de prisión y/o multas, además de las correspondientes indemnizaciones por daños y perjuicios, para quienes reprodujeren, plagiaren, distribuyeren o comunicaren públicamente, en todo o en parte, una obra literaria, artística o científica, o su transformación, interpretación o ejecución artística fijada en cualquier tipo de soporte o comunicada a través de cualquier medio, sin la preceptiva autorización.