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TEMA 3 MEZCLAS, DISOLUCIONES Y SUSTANCIAS PURAS

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ÍNDICE  SISTEMAS HOMOGÉNEOS Y HETEROGÉNEOS  MEZCLAS Y SUSTANCIAS PURAS  TÉCNICAS PARA SEPARAR MEZCLAS HETEROGÉNEAS  LAS MEZCLAS HOMOGÉNEAS O DISOLUCIONES  TÉCNICAS PARA SEPARAR MEZCLAS HOMOGÉNEAS O DISOLUCIONES  CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN  LA SOLUBILIDAD  SUSTANCIAS PURAS: ELEMENTOS Y COMPUESTOS  MÉTODOS PARA SEPARAR LOS COMPONENTES DE UN COMPUESTO

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1.- Sistemas homogéneos y heterogéneos Todas las sustancias se presentan en la naturaleza formando sistemas materiales. Cualquier trozo de materia es, en definitiva, un sistema material. Un sistema material puede ser:  Homogéneo: cuando tiene un aspecto uniforme y, a simple vista, no se observan componentes diferentes; es decir, parece estar formado por un única sustancia.  Heterogéneo: cuando, a simple vista, se observan componentes diferentes, es decir, parece estar formado por varias sustancias.

La clasificación de los sistemas materiales en homogéneos y heterogéneos depende, también, de la precisión con la que se observen ( a simple vista, con microscopio, etc).

2.- Mezclas y sustancias puras Hasta ahora sabemos que la materia forma sistemas que pueden ser homogéneos o heterogéneos. Pero, ¿cómo podríamos comprobar si un sistema homogéneo está formado por una o más sustancias si desconocemos su composición?. Para comprobar si un sistema material está formado por una o por varias sustancias es necesario emplear algún procedimiento que nos permita separar los componentes sin alterarlos. Por ejemplo, para determinar si un líquido transparente, incoloro e inodoro, contenido en un recipiente, es agua pura o presenta otras sustancias sólidas disueltas, podemos calentarlo hasta el punto de ebullición para que se evapore y comprobar luego si en el recipiente han quedado restos de alguna otra sustancia. 

Las mezclas son sistemas materiales de los que se pueden separar distintas sustancias. Las mezclas pueden ser:  Homogéneas. Son las disoluciones  heterogéneas: cuando se ve a simple vista que está formada por diferentes sustancias. Por ejemplo, rocas como el granito. Las sustancias puras son sistemas materiales en los que no se pueden separar distintas sustancias. H Heterogénea Homogéneas

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Hay un tipo especial de mezclas heterogéneas llamadas suspensiones. Están formadas por un sólido disperso en un líquido, al que se denomina fase dispersante. Son suspensiones, por ejemplo, el zumo, el caldo o las pinturas.

.3.- Técnicas para separar mezclas heterogéneas Muchas veces nos interesa separar los diferentes componentes de una mezcla. En muchos casos lo hacemos porque uno de sus componentes es valioso y queremos aislarlo. Vamos a estudiar diferentes métodos que se pueden emplear para hacerlo. En cada caso habría que ver cuál es el adecuado.

- Decantación Se emplea para separar mezclas formadas por dos líquidos que tienen diferentes densidades. El proceso consiste en colocar la mezcla en un embudo de decantación. Se espera durante un cierto tiempo. El líquido que sea más denso se coloca en el lado de abajo y el menos denso encima. Abrimos el embudo de decantación suavemente y dejamos que caiga uno de los líquidos. El otro dejamos que quede en el embudo de decantación.

- Sedimentación Se utiliza para separar mezclas de sólidos y líquidos (por ejemplo, barros, como los que pueden encontrarse en depuradoras de aguas residuales de una ciudad o en la minería). El procedimiento consiste en dejar el líquido turbio en reposo el tiempo necesario para que los componentes sólidos caigan al fondo por su mayor densidad.

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- Centrifugación Si se pone una mezcla en la que uno de los componentes es sólido y otro líquido en una centrifugadora girando a gran velocidad, los fragmentos sólidos se irán al fondo en seguida. La lavadora de tu casa utiliza este procedimiento para separar el agua de la ropa y dejarla casi seca. También sirve para separar sólidos de diferente densidad.

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- Filtración Si tenemos una mezcla en la que hay un sólido de partículas pequeñas y un líquido lo podemos separar por filtración. Esta consiste en hacer pasar el líquido a través de un material poroso, generalmente papel de filtro (como el filtro de una cafetera), cuyo tamaño de poro tiene que ser más pequeño que las partículas sólidas de la mezcla. La filtración es una técnica muy utilizada en la industria para la que se emplean toda clase de materiales filtrantes: papel, telas, materiales cerámicos, etc., en función de las sustancias que se han de filtrar.

- Separación magnética Se utiliza para separar los minerales ferromagnéticos, o para separar el hierro de las basuras, etc. Lo que se hace es emplear un imán que los atrae.

- Disolución selectiva Sirve para separar una mezcla de dos sólidos, uno de ellos disuelve en una determinada sustancia y el otro no. Se añade el disolvente adecuado a la mezcla, y se pasa por un filtro. En el filtro se queda el sólido que no es soluble, y disuelto en el líquido el que sí los es.


.4.- Las mezclas homogéneas o disoluciones Hemos visto que el agua de mar, un refresco y el aire son mezclas homogéneas. El azúcar o el alcohol, disueltos en agua, forman también mezclas homogéneas. Estos sistemas reciben el nombre de disoluciones. Una disolución es una mezcla homogénea, formada por dos o más sustancias puras que se pueden separar mediante procedimientos físicos. En una disolución, siempre hay dos componentes:  

El disolvente: que es el componente que se encuentra en mayor cantidad El soluto: la sustancia que abunda menos.

La materia está compuesta por partículas que, como sabes, pueden ser átomos, moléculas o iones. Cuando se mezclan dos sustancias para formar una disolución, las partículas del soluto se dispersan entre las partículas del disolvente. Si fueran visibles al microscopio, se vería que las moléculas del disolvente están rodeadas de moléculas de soluto y al revés.

.5.- Técnicas para separar mezclas homogéneas o disoluciones - Evaporación Si tenemos una disolución líquida en la que el soluto es un sólido (una disolución, por ejemplo, de sal en agua), podemos separar el soluto del disolvente calentando lo suficiente la disolución como para que hierva. El líquido se evapora y sólo queda el soluto ( en este caso la sal).

- Cristalización Es una técnica similar a la evaporación, solo que en este caso no calentamos la disolución, sino que se deja que el disolvente, por lo general el agua, se evapore de forma lenta debido al calor del ambiente. La cristalización es un proceso más lento que la evaporación, pero el soluto se obtiene formando cristales, que son tanto más grandes cuanto más lento haya sido el proceso. La cristalización se emplea en las salinas para obtener sal del agua del mar.

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- Destilación La destilación es el procedimiento más adecuado para obtener líquidos muy puros ( agua destilada, por ejemplo) y también para separar los componentes de disoluciones en las que tanto el soluto como el disolvente son líquidos. Vamos a suponer que tenemos una disolución de agua y alcohol y queremos separar estos dos componentes. Vamos a calentar la disolución. Como el alcohol y el agua son sustancias diferentes también van a hervir a temperaturas diferentes. El primero en llegar al punto de ebullición es el alcohol, que empieza a evaporarse, mientras que el agua se queda en el recipiente en el que estaba en estado líquido.

Utilidad de los disolventes La capacidad que tienen muchas sustancias, sobre todo los líquidos, para disolver a otras posee múltiples aplicaciones en la vida diaria:     

Las manchas de grasa se quitan con benzol o benceno. El esmalte de las uñas se elimina con acetona. Los fertilizantes para plantas se disuelven en el agua de riego. La pintura de los pinceles se quita con aguarrás. La s cremas limpiadoras sirven para eliminar los restos de maquillaje.

¿Te has preguntado alguna vez por qué se utilizan jabones y detergentes para lavar y limpiar?. Estas sustancias no son disolventes, pero ayudan al agua a disolver la suciedad, ya que fragmentan la grasa y otras sustancias similares en gotitas muy pequeñas, que se dispersan fácilmente en el agua y son arrastradas por el líquido.

.6. Concentración de una disolución Es importante conocer las cantidades de soluto y de disolvente que hay en una disolución. A la relación que existe entre esas dos cantidades la llamamos concentración, y se puede expresar de diferentes maneras. 

Porcentaje en masa: Indica la masa de soluto, en gramos, que hay por cada 100 gramos de disolución.

% en masa =

gramos( soluto )  100 gramos(disolución )

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Porcentaje en volumen: Indica el volumen de soluto, por ejemplo en litros, por cada 100 litros de disolución.

% en volumen =

volumen( soluto )  100 volumen(disolución )

Concentración en g/l: indica los gramos de soluto que hay en un determinado volumen de disolución.

C=

gramos( soluto ) V (disolución )

.7.- La solubilidad Como has podido comprobar, conforme vas ido añadiendo sal al agua, llega un momento en el que ésta ya no se disuelve y se deposita en el fondo del recipiente. Sin embargo, si utilizas agua caliente, se disuelve más cantidad de sal. Podemos concluir, por tanto, que los sólidos se disuelven mejor si aumenta la temperatura. Las burbujas de refresco proceden del gas dióxido de carbono disuelto en el líquido; las que se desprenden no están disueltas y, como has podido comprobar, con el calor se desprenden más burbujas que con el frío. Esto significa que los gases se disuelven mal en los líquidos calientes y bien en los fríos; por esa razón se añade hielo a los refrescos.    

La solubilidad de una sustancia es la máxima cantidad de esa sustancia que se disuelve en una cantidad determinada de disolvente y a una cierta temperatura. La solubilidad de una sustancia en un disolvente es limitada y depende del estado del soluto, de la naturaleza del disolvente y de la temperatura. Generalmente, la solubilidad de los solutos sólidos en los disolventes líquidos aumenta a medida que se eleva la temperatura. Por el contrario, la solubilidad de los solutos gaseosos en los disolventes líquidos disminuye a medida que se eleva la temperatura.

Cuando una disolución no admite más cantidad de soluto a cierta temperatura, se dice que está saturada para esa temperatura.

Estas son las curvas de solubilidad de algunas sustancias.

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.8.- Sustancias puras: elementos y compuestos Las sustancias básicas de las que están hechas las cosas se llaman elementos. Los elementos son los de la tabla periódica. No se pueden descomponer en otras sustancias más sencillas.

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Una sustancia que está formada por la unión de dos o más elementos es un compuesto. Los compuestos pueden, mediante transformaciones, convertirse en otras sustancias más simples.

.9.- Métodos para separar los componentes de un compuesto -Descomposición térmica Al calentar el compuesto, se separan los componentes que lo constituyen.

-Electrólisis Al hacer pasar una corriente a través de la sustancia se separan los elementos que la forman. Por ejemplo, al hacer la electrólisis del agua se separan los dos gases que la forman.


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LAS MEZCLAS Y LAS DISOLUCIONES