UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO SECRETARIA NACIONAL DE EDUCACION SUPERIOR, CIENCIA, TECNOLOGIA E INNOVACION SISTEMA NACIONAL DE NIVELACIÓN Y ADMISIÓN
QUIMICA TEMA: El agua, mezclas y sustancias REALIZADO POR: Álvaro Larco Xavier Badillo Yadira Echeverría María José Guevara PROFESOR TUTOR: Dr. Fernando Riofrío TEMA El agua, mezclas y sustancias PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La mezcla del agua y el empleo para realizar reacciones químicas, la mala utilización de esta a que no utilizan para hacer el bien si no para la destrucción o creación de sustancias toxicas para la sociedad OBJETIVO GENERAL •
Dar a conocer los conceptos de agua, mezclas y sustancias
OBJETIVOS ESPECÍFICOS •
Investigar las propiedades y estructura principales del agua
•
Mostrar el tipo de mezclas que pueden existir
•
Descubrir el tipo de sustancias que se pueden realizar
•
Mostrar la solubilidad de las sustancias y mezclas al exponerse a pequeñas
cantidades de agua. INTRODUCCION AL TEMA EL AGUA El agua es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es el principal componente del cuerpo humano, es esencial para la supervivencia de todas las formas de vida. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos, los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua puede disolver muchas sustancias, dándoles diferentes sabores y olores. Como consecuencia de su papel imprescindible para la vida, el ser humano y entre otros muchos animales han desarrollado sentidos capaces de evaluar la potabilidad del agua, que evitan el consumo de agua salada o putrefacta. MEZCLAS Una mezcla es un sistema material formado por dos o más sustancias puras mezcladas pero no combinadas químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. Página 2
Las mezclas son el resultado del mezclado mecánico de sustancias químicas tales como elementos y compuestos, sin que existan enlaces químicos u otros cambios químicos, de forma tal que cada sustancia ingrediente mantiene sus propias propiedades químicas. Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas. Los componentes de una mezcla pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Mezclas homogéneas Mezclas homogéneas son aquellas en las que los componentes de la mezcla no son identificables a simple vista. Una mezcla homogénea importante de nuestro planeta es el aire. El aire está formado por varios componentes como: •
Oxígeno: elemento O
•
Nitrógeno: elemento N
•
Dióxido de carbono: compuesto CO2
•
Vapor de agua
•
Otros gases en menor cantidad
Entre las mezclas homogéneas se distingue un tipo especial denominado disolución o solución. Al componente que se encuentra en mayor cantidad se denomina solvente o disolvente y al que se encuentra en menor cantidad se denomina soluto. Mezclas heterogéneas Una mezcla heterogénea es aquella que posee una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse mecánicamente. Por ejemplo: las ensaladas o la sal mezclada con arena. Suspensión se denomina a las mezclas que tienen partículas finas suspendidas en un líquido durante un tiempo y luego se sedimentan. En la fase inicial se puede ver que el recipiente contiene elementos distintos. Se pueden separar por medios físicos. Algunos ejemplos de suspensiones son el engrudo (agua con harina) y la mezcla de agua con aceite. Página 3
SUSTANCIAS Una sustancia química es cualquier material con una composición química definida, sin importar su procedencia. Por ejemplo, una muestra de agua tiene las mismas propiedades y la misma proporción de hidrógeno y oxígeno sin importar si la muestra se aísla. Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningún medio mecánico. Estas sustancias pueden clasificarse en dos grupos: elementos y compuestos. Los elementos están formados por átomos de un mismo número atómico y los compuestos puros son combinaciones de dos o más elementos en una proporción definida. Sustancias químicas típicas que se pueden encontrar en el hogar son el agua, la sal (cloruro de sodio) y el azúcar (sacarosa). En general, las sustancias existen como sólidos, líquidos, o gases, y pueden transformarse entre estos estados de la materia mediante cambios en la temperatura o presión.
MARCO TEORICO AGUA El agua es el principal e imprescindible componente del cuerpo humano. El ser humano no puede estar sin beberla más de cinco o seis días sin poner en peligro su vida. El cuerpo humano tiene un 75 % de agua al nacer y cerca del 60 % en la edad adulta. Aproximadamente el 60 % de este agua se encuentra en el interior de las células (agua intracelular). El resto (agua extracelular) es la que circula en la sangre y baña los tejidos. En las reacciones de combustión de los nutrientes que tiene lugar en el interior de las células para obtener energía se producen pequeñas cantidades de agua. Esta formación de agua es mayor al oxidar las grasas - 1 gr. de agua por cada gr. de grasa -, que los almidones -0,6 gr. por gr., de almidón-. El agua producida en la respiración celular se llama agua metabólica, y es fundamental para los animales
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adaptados a condiciones desérticas. Si los camellos pueden aguantar meses sin beber es porque utilizan el agua producida al quemar la grasa acumulada en sus jorobas. En los seres humanos, la producción de agua metabólica con una dieta normal no pasa de los 0,3 litros al día. Como se muestra en la siguiente figura, el organismo pierde agua por distintas vías. Esta agua ha de ser recuperada compensando las pérdidas con la ingesta y evitando así la deshidratación.)igura Nº1) 12
Estructura y propiedades del agua La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. El ángulo entre los enlaces H-O-H es de 104'5º. El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los
electrones de cada enlace.
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El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan parcialmente desprovistos de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad
de
carga positiva. Por ello se dan interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas
de
agua, formándose enlaces
por
puentes
de
hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras
moléculas
adyacentes.
Aunque son uniones débiles, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras cuatro molécula unidas por puentes de hidrógeno permite que se forme en el agua (líquida o sólida) una estructura de tipo reticular, responsable en gran parte de su comportamiento anómalo y de la peculiaridad de sus propiedades
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fisicoquímicas.
Propiedades del agua 1.-Acción disolvente El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.
La capacidad disolvente es la responsable de que sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo.
2.-Elevada fuerza de cohesión. Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático. 3.-Gran calor específico. También esta propiedad está en relación con los puentes de hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor"
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que utiliza para romper los puentes de hidrógeno por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura. Así se mantiene la temperatura constante. 4.- Elevado calor de vaporización. Sirve el mismo razonamiento, también los puentes de hidrógeno son los responsables de esta propiedad. Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar un gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20º C y presión de 1 atmósfera. Densidad La densidad del agua expresado en diferentes unidades: Densidad Agua = 1 gr/cm3 = 1000 Kg/m3 = 133.53 onza/galón = 62.43 Lb/ft 3 = 0.04 Lb/pulg3 La densidad del agua es muy usada como patrón de densidades y volúmenes de otras sustancias y/o compuestos. Una propiedad importante de la densidad del agua es que es muy estable, ya que esta varía muy poco a los cambios de presión y temperatura. Masa molar Masa expresada
en gramos de
un mol de
una
determinada sustancia.
Dada
una molécula de una sustancia determinada cuya masa molecular expresado en umas sea m, la masa de un mol de dicha sustancia es m pero expresada en gramos. La masa molar se calcula usando la tabla periódica de los elementos. En el caso de la molecula de agua, contiene 2 átomos de hidrógeno con una masa atómica de 1,008 uma y uno de oxígeno con una masa atómica de 16.0 uma (redondeada). Al sumar estas dos masas, se obtiene una masa molecular de 18 gramos (redondeada). Por tanto la masa de un mol de agua es de 18 gramos. Su masa molar o peso molecular es 18 g/mol. 5 moles de moléculas tendran una masa de:
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5 mol × (18g/mol) = 90 g Podríamos decir que 6.02×1023 moléculas de agua tienen una masa de 18 g.
Su Punto de ebullición es de 99,98 °C Fórmula: H2O
MEZCLAS
Las mezclas están formadas por dos o más sustancias puras. Están formadas por partículas diferentes. Las mezclas no tienen propiedades específicas bien definidas. Las propiedades dependen de su composición, que puede ser variable según la proporción en la que intervengan los distintos ingredientes de la mezcla. Por ejemplo, el agua del mar tiene una densidad y una temperatura de fusión y de ebullición que no son fijas, sino que depende de la cantidad de sales disueltas.
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Hay dos clases de mezclas: - Mezclas homogéneas o disoluciones: tienen un aspecto uniforme, son aquellas en las que no podemos distinguir visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc. - Mezclas heterogéneas: son aquellas en las que sí se distinguen los componentes como ocurre con el granito o con algunos detergentes en polvo. DISOLUCIONES Disoluciones y mezclas homogéneas son el mismo concepto. Hay muchos tipos de disoluciones, algunos ejemplos: •
Disolución de gas en gas, por ejemplo el aire. Para separar sus componentes hay que licuar el aire, enfriándolo muchísimo, y luego calentarlo y hacerlo hervir a distintas temperaturas (una para cada componente).
•
Disolución de sólido en líquido, por ejemplo el agua del mar. Para separar sus componentes primero hay que evaporar el agua.
•
Aleacción. Es una disolución de dos o más metales o de un metal con otro componente sólido como el carbón. Para formarlas, hay que fundir los metales, mezclarlos y dejarlos enfriar. Para separar los componentes primero hay que fundirlos.
Componentes de una disolución. Todas las disoluciones tienen dos componentes: •
El disolvente es el componente que se encuentra en mayor proporción. Este componente no cambia de estado.
•
El soluto es el componente que está en menor proporción. Con frecuencia cambia de estado. Una disolución puede contener varios solutos.
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Concentración de una disolución. Se llama concentración de una disolución a la cantidad de soluto que hay en una cantidad determinada de disolución. Llamamos solubilidad a la cantidad máxima de una sustancia que se puede disolver en 100 g de agua, a una temperatura dada. Si aumentamos la temperatura de una disolución, en general, aumenta su solubilidad. La forma más habitual de expresar la concentración es el tanto por ciento, que indica las partes de soluto que hay por cada 100 partes de disolución. En función de la cantidad de soluto que hay en una disolución, ésta puede ser saturada, concentrada o diluida. Una disolución está saturada cuando el disolvente no admite más cantidad de soluto. Una disolución es concentrada cuando tiene mucho soluto en una cantidad de disolución. Una disolución es diluida cuando tiene poco soluto en una cantidad de disolución. SUSTANCIAS QUÍMICAS Una sustancia química es cualquier material con una composición química definida, sin importar su procedencia.1 Por ejemplo, una muestra de aguatiene las mismas propiedades y la misma proporción de hidrógeno y oxígeno sin importar si la muestra se aísla. Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias por ningún medio mecánico. Estas
sustancias
pueden
clasificarse
en
dos
grupos:
elementos y compuestos. Los elementos están formados por átomos de un mismo número atómico y los compuestos puros son combinaciones de dos o más elementos en una proporción definida. Sustancias químicas típicas que se pueden encontrar en el hogar son el agua, la sal (cloruro de sodio) y el azúcar (sacarosa). En general, las sustancias existen como sólidos, líquidos, o gases, y pueden transformarse entre estos estados de la materia mediante cambios en la temperatura o presión.
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El concepto de sustancia química se estableció a finales del siglo XVIII con los trabajos del químico Joseph Proust sobre la composición de algunos compuestos químicos puros tales como el carbonato cúprico. Proust dedujo que: Todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición; esto es, todas las muestras tienen las mismas proporciones, por masa, de los elementos presentes en el compuesto. Esto se conoce como la ley de las proporciones definidas, y es una de las bases de la química moderna. El agua y el vapor son dos formas diferentes de una misma sustancia química: se diferencian en su estado de agregación (líquido y gas respectivamente)
Solubilidad La solubilidad es
una
medida
de
la
capacidad
de
disolverse
una
determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto disuelto en una dada cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada. Su concentración puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o también en porcentaje de soluto (m(g)/100 mL) . El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C). En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones sobresaturadas. No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. Página 12
Entonces para que un compuesto sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener más de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad, como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados. El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.
CONCLUSIONES
1. Con el estudio realizado sabemos que el cuerpo humano esta compuesto en su
organismo por casi el 60% de agua intracelular y extracelular. 2. Decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad es tal vez la más
importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con facilidad. 3. Con el estudio sabemos que la capacidad disolvente es la responsable de que
sea el medio donde ocurren las reacciones del metabolismo. 4.
Sabemos que los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de
agua fuertemente unidas, y al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales incluso como un esqueleto hidrostático. 5. El agua es uno de los pocos compuestos que no altera su densidad con
patrones de temperatura y presión 6. Con el estudio realizado nos damos cuenta que las propiedades de las mezclas
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varían de acuerdo a la proporción en que cada uno de los elementos intervengan en esta. 7. Sabemos que la diferencia entre las clases de mezclas son muy simples como
que
a
las
Mezclas
homogéneas o disoluciones no
podemos
distinguir
visualmente sus componentes, como ocurre con el aire, el agua del mar, etc. Y a las Mezclas heterogéneas si podemos distinguir sus componentes como ocurre con el granito o con algunos detergentes en polvo. 8. El estudio demuestra que existen tres tipos de disoluciones que son: disolución
de gas en gas, disolución de solido en líquido y aleación. 9. Sabemos que para uno disolución siempre deberán existir dos componentes: El
disolvente que es el componente que se encuentra en mayor proporción, este componente no cambia de estado. El soluto es el componente que está en menor proporción, con frecuencia cambia de estado. Una disolución puede contener varios solutos. 10. La
solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una
determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (disolvente). 11. Sabemos que no todo soluto se disuelve en un disolvente ya que en la
solubilidad el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho porque debido a este carácter la sustancia será más o menos soluble. 12. El estudio demuestra que al proceso de interacción entre las moléculas del
disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.
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BIBLIOGRAFIA
•
Aula
21
Nutriweb
EL
agua
(http://www.aula21.net/Nutriweb/agua.htm) •
http://www.fullquimica.com/2012/04/densidad-del-
agua.html •
http://enciclopedia.us.es/index.php/Masa_molar
•
http://www.educared.org/global/anavegar5/podium
/images/B/1563/disoluciones.htm •
http://es.wikipedia.org/wiki/Agua
•
http://www.iesnicolascopernico.org/FQ/3ESO/Apm
ezsp.pdf •
Moléculas en una exposición de Jhon Emsley,
Península, 2001.
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