Operació Món: Física i Química 2 ESO Illes Balears (demo)

LLICÈNCIA 12 MESOS

ESO

FÍSICA I QUÍMICA

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

2 IllesBal ears 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

1 La

La decantació de l’aigua 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 acabar

2 E stats d’agregació

Gasos d’efecte 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 i d’aigua

Treball pràctic

Ebullició d’una mescla

Per acabar

3 L’àtom 70

L’àtom: des de l’antiga Grècia fins avui

1. La matèria està formada per àtoms

2. Característiques dels àtoms

3. Nombre atòmic i nombre màssic

4. Ions

5. Podem veure els àtoms?

6 L es forces i els moviments

Captivats per l’univers

1. Forces

2. Forces quotidianes

3. Naturalesa de les forces

4. Estudi el moviment

5. Deformacions elàstiques. Llei de Hooke

6. Màquines simples

Ciència recreativa El factor temps en les forces

Treball pràctic Deformacions elàstiques. Llei de Hooke

4 Substàncies químiques

Nom i símbol dels elements químics

1. Sistema periòdic dels elements químics

2. Substàncies simples i composts

3. Molècules i cristalls

4. Aplicacions dels elements químics Ciència recreativa Memorització dels elements químics Treball pràctic

de la matèria (II)

5 C anvis químics

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

9

1. Energia

2. Manifestacions de l’energia

3. Intercanvis d’energia

4. Ones mecàniques

5. So

El descobriment de les ones de ràdio

1. Energia tèrmica i temperatura

2. Equilibri tèrmic

3. Efectes de la calor

4. Propagació de la calor

5. Ones electromagnètiques

6. Llum

Ciència recreativa Disc de Newton Treball pràctic Propagació de la calor

El camí correcte

1. Fonts d’energia

2. Principals usos de l’energia

3. Problemàtiques derivades de l’ús energètic

4. Possibles solucions al problema energètic

5. Desenvolupament sostenible

Ciència recreativa Energia eòlica i hidràulica

Treball pràctic Màquines tèrmiques

15

EDUCACIÓ

EL TREBALL CIENTÍFIC

Aquest curs et trobes per primera vegada amb l’assignatura de ciències de Física i Química, així que el nostre primer objectiu és conèixer la utilitat del treball científic en diferents aspectes quotidians del nostre dia a dia, a més a més de servir per donar explicació als fenòmens naturals del món en què ens trobam.

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 distints estats d’agregació? A preguntes com aquestes intentarem donar resposta en aquest projecte, a la vegada que es desperta el teu interès per la química i la física i els seus milers de conceptes; ens espera un viatge apassionant.

SEQÜÈNCIA D’APRENENTATGE

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

Què expulsa un volcà?

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

Pòster científic Començam a compondre el nostre pòster.

Construïm el volcà

Amb el desenvolupament d’aquest treball, a més a més, estarem atenent els Objectius de Desenvolupament Sostenible en promoure oportunitats d’aprenentatge al mateix temps que, com a persones investigadores, aprendrem a detenir la degradació de les terres. Unitat

Elaboram un esbós i elegim els materials que utilitzarem.

El con Determinam si la mida del con influeix en la pressió amb què surten expulsats els gasos.

DE QUALITAT

Vida terrestresd’ecosistemes

FOC O LAVA?

L’erupció recent 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 trobi. Vàrem veure imatges de la lava fluint i dels gasos difonent-se per l’atmosfera.

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

El pòster científic el farem amb l’aplicació Canva, que ens ofereix la possibilitat d’escollir la plantilla que més ens agradi per dur a terme aquesta activitat.

Després de la realització d’aquest projecte, serem capaços de compartir tota la informació que hem anat recapitulant d’una manera visual i esquemàtica.

Representació gràfica

Elegim una substància del volcà per representar-ne el gràfic de canvis d’estat.

Línia històrica

Investigam sobre els àtoms que componen la matèria.

Àtoms en el volcà?

Analitzam la composició d’alguna substància del volcà.

Pòster i maqueta final Completam el pòster amb tota la informació i acabam 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, eren utilitzades habitualment. Això pot comprovar-se observant i analitzant les seves construccions increïbles; alguns exemples són l’aqüeducte de Segovia o el de

Durant molt de temps, es pensà que la civilització romana es limitava a emmagatzemar aigua en els grans depòsits que tradicionalment es trobaven en les proximitats de les ciutats on acabaven els aqüeductes o en el que es construïen per recollir 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 immensos depòsits presumiblement podien actuar com a decantadors, a fi de separar les partícules sòlides suspeses a l’aigua. Aquest fet, juntament amb la pintura vermellosa que cobria les parets interiors de l’aqüeducte (recentment s’han formulat hipòtesis que atribueixen a aquesta pintura una funció bacteriana i fungicida), evidencia la rellevància atorgada per la civilització romana al sanejament de l’aigua.

COMPROMÍS ODS

1. Cerca a la web iniciatives actuals que pretenguin 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 sanejament. Consulta a anayaeducacion.es el vídeo sobre la meta 6.4 dels ODS i fes una llista d’accions que pots dur a terme per ajudar a aconseguir-ho (ajuda: cerca a la pàgina web de l’ONU informació a l’apartat dels ODS el document «170 accions diàries per transformar el món»).

3. Aplicau la tècnica d’aprenentatge cooperatiu Taula rodona per idear una estratègia que permeti millorar el sanejament de l’aigua de la vostra localitat. Llavors, reflectiu-la en una infografia on indiqueu l’impacte que tendria 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?

A anayaeducacion.es

Per motivar-te:

• Vídeo: «Abans de començar».

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

Per a la detecció prèvia d’idees:

• Activitat interactiva: Autoavaluació inicial.

• Presentació: «Què necessites saber».

Per estudiar:

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

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

• Simulació: «Concentració d’una dissolució».

Per avaluar-te:

• Activitat interactiva: Autoavaluació final.

• Solucions de les activitats numèriques.

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

SITUACIÓ

SEQÜÈNCIA D’APRENENTATGE

GRUPS D’INVESTIGACIÓ

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

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

• Què té a veure un volcà amb la química i la física?

• Existeixen substàncies pures i mescles a 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 completar la informació que falti:

• Què és un volcà?

• Quins són els elements que expulsa?

• Són sòlids, líquids, gasos?

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

• De què està composta la lava químicament?

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

PÒSTER CIENTÍFIC

Començam a fer feina sobre el pòster explicatiu de la maqueta que farem a la plataforma digital. Escriviu de forma esquemàtica tota la informació recopilada a 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 posseeix 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, utilitzam la denominació de cos, que pot ser regular, si té una forma geomètrica coneguda (cub, esfera, cilindre, etc.), o irregular, en cas contrari. Per fer referència a una porció de matèria en estat líquid o gasós, utilitzam la denominació sistema material.

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

• Propietats generals. Són 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 massa i volum.

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

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 seva 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 seva unitat en el SI es el quilogram.

Tipus de balances

Balança de dos braços Balança d’un braç Balança digital o electrònica

Per mesurar la massa d’un objecte, es col·loca l’objecte en un dels platets i a l’altre col·locam pesos, de major a menor volum, fins 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 al platet i es mouen els pesos que hi ha a les guies, de major a menor valor, fins a equilibrar-la. La massa de l’objecte és la suma dels valors indicats a les posicions dels pesos.

El seu funcionament és molt més senzill que el de les balances analògiques. Es posa l’objecte al 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 a 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 seva unitat en el SI és el metre cúbic, m3

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

Para mesurar el volum d’un líquid, és necessari introduir-lo en un recipient; el volum màxim que pot contenir un recipient és la seva 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 utilitzam alguns múltiples i submúltiples del litre:

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

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

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA

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

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

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

El volum d’un sòlid regular s’obté mesurant-ne les dimensions i aplicant-hi 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 mesurar volums. Identifica a la fotografia del material de vidre els recipients que tenen altres usos, dibuixa’ls i explica per a què s’empren.

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:

A 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, llavors, la densitat en kg/m3, que és la unitat del SI per aquesta magnitud derivada.

En el llenguatge quotidià tendim a utilitzar de forma errònia el concepte de densitat; per exemple, quan deim que «alguna cosa sura a l’aigua perquè pesa poc» feim referència només al fet que té poca massa. Això és incorrecte, ja que perquè un sistema material suri damunt 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 sigui menys dens que el segon.

1 Enginya una forma per determinar el material de què estan fets dos objectes, si sospitam 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-ne els resultats amb les densitats tabulades del ferro i del plom.

Per obtenir 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 tenir 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

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA …

5 Utilitza els factors de conversió i la notació científica per realitzar els canvis d’unitats de les mesures expressades a 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 expressar el volum en m3, hem de dividir entre 106: VA = 3,20 mL = 3,20 · 10–6 m

VB = 4,30 mL = 4,30 · 10–6 m

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

Comparant aquests resultats amb la taula, observam 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/m 3) i, no obstant això, és molt resistent. Quines aplicacions creus que té aquest tipus de fusta?

9 Calcula la massa d’una taula 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 consisteix en un cilindre buit amb un bulb pesat en un dels extrems que pot surar en posició vertical. Per mesurar el valor de la densitat, el col·locam verticalment al líquid i el deixam surar lliurement; s’enfonsarà més o menys segons si el líquid és menys o més dens. El valor de la densitat es llegeix a l’escala del densímetre (mirau la imatge).

■ Mesura indirecta de la densitat

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

Per mesurar la massa utilitzarem una balança, i per mesurar el volum, requerirem d’instruments diferents en funció de si es tracta d’un sòlid regular, irregular o d’un líquid o d’un líquid.

• Orientacions per a l’ús de la balança

Podem utilitzar balances analògiques (d’un o 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 regular-les. En el cas de les balances electròniques, s’haurà de tarar en zero cada vegada que es faci una pesada.

• Orientacions per a l’ús de la proveta

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

Procediment experimental

Amb una balança, mesuram la massa de l’objecte del qual volem conèixer la densitat.

Amb una proveta, en calcularem el volum (a anayaeducacion.es t’explicam 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 comparteix les teves 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 3

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

2

Substàncies pures i

mescles

Quan estudiam un sistema material, podem trobar-nos amb dues situacions diferents: que es tracti d’una substància pura, és a dir, que no estigui mesclada amb altres substàncies, o bé que sigui 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 poden separar-se mitjançant mètodes físics.

2.1 Substàncies pures: simples i composts

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

• 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, l’O2 és una substància simple formada únicament per l’element químic oxigen, O.

• Els composts 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 seves 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 més simples quan les introduïm al nostre organisme por via oral, intramuscular, etc., sempre seguint les indicacions donades en el tractament mèdic.

Durant el procés d’electròlisi (que estudiaràs més endavant), l’acció d’un corrent elèctric fa que l’aigua, H2O, es descompongui 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 distingeixen, de vegades, a simple vista. Les propietats físiques varien d’una part a una altra, d’aquí que siguin 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 endavant.

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 seves propietats són iguals en totes les seves parts. Les dissolucions poden estar en estat sòlid, líquid i gasós (el requadre «Tipus de mescles» mostra un exemple de cada cas).

Per saber si estam 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, conèixer-ne abans la composició.

Per aconseguir la separació de les substàncies de la mescla, se sol provocar el canvi d’estat d’una d’aquestes, encalentint 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 mides distintes, textures, colors, etc.

Aigua potable: dissolució en estat líquid

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

Aire: dissolució en estat gasós

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

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA

10 Taula rodona. L’aigua embotellada sol mostrar a 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 comprovar la teva resposta i explica’n les etapes i les conclusions.

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

13 Investiga sobre l’etimologia de la paraula «electròlisi» i relaciona-la amb el que has observat a 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 lleugeresa majors.

Les diferents propietats dels aliatges fan que s’utilitzin 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 trobam en objectes quotidians. Alguns són:

• Bronze: mescla de coure i estany.

• Llautó: mescla de coure i zinc.

• Alpaca: mescla de coure, níquel i zinc.

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 denominam els components que la 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 hi estigui 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 tenir més d’un solut en una dissolució.

Existeixen dissolucions en estat sòlid, líquid i gasós; a la taula d’aquesta pàgina es recullen exemples de totes, però a 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

A anayaeducacion.es trobaràs una presentació on podràs conèixer el material de laboratori necessari per 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 mode d’exemple, la preparació d’una dissolució de 4 g de solut en 100 mL de dissolució.

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

2. Abocam 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 finalitzar, amb flascó rentador i un comptagotes afegim aigua destil·lada fins al ras.

3.2 Concentració de una dissolució

Podem trobar dissolucions que contenguin les mateixes substàncies, però proporció diferent. Deim llavors 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 calculam d’aquesta manera:

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA

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 a 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 expressam 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, deim 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 dissolgui; tendrem llavors una dissolució saturada. Si afegim més solut a una dissolució saturada, obtendrem un precipitat, que és solut que no aconseguim dissoldre.

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

Tipus de dissolucions segons la seva 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 teva resposta.

Diluïda Concentrada Saturada Sobresaturada

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

Quan la concentració s’acosta al valor de la solubilitat, deim 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.

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 l’estar en el mateix estat d’agregació o diferent, la seva densitat o mida. Algunes es mostren en el requadre inferior, encara que n’hi ha moltes altres que aprendràs més endavant.

Tècniques per separar mescles heterogènies

DECANTACIÓ

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

Per separar dos líquids immiscibles, abocam la mescla a l’embut de decantació. Passat un cert temps, el líquid dens sura. En aquest moment, obrim la clau per separar el líquid més dens, que recollim 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 C

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

Aigua i arena

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 separar mescles homogènies

CRISTALITZACIÓ

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

Consisteix en l’evaporació del dissolvent per aconseguir una dissolució saturada, en la qual començarà a precipitar el sòlid. Per a això, abocam la dissolució en un cristallitzador. Quan el dissolvent s’evapori, tendrem els cristalls de sal.

DESTIL·LACIÓ

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

Per a això, la dissolució s’introdueix al matràs de fons rodó i s’encalenteix. Em 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 són recollits al 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 a anayaeducacion.es per recordar com s’utilitza el material de laboratori.

COMPRÈN,

PENSA, INVESTIGA

…

17 Fes un diagrama jeràrquic amb la classificació de les mescles i les tècniques de separació que es poden utilitzar en cada cas atenent 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 pareix ser oli. Et demanen que determinis si a més a més, hi ha sals dissoltes. Com ho faries per separar els components d’aquesta mescla?

Tipus de mescla ?

Homogènies

? ?

Per mida

Solut sòlid ?

? ?

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 pot ocórrer que pensem, erròniament, que una mescla és homogènia quan en realitat, estam davant d’una suspensió o 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 ocorre la dispersió es denomina fase dispersant i el sòlid que està suspès 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 fer referència a un col·loide. Per exemple, parlam de solut per referir-nos a la substància que està en menor proporció en aquesta mescla.

Existeixen 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 niguls.

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 poder administrar-los en forma líquida.

Un exemple de col·loide són les gelatines casolanes. A la cuina existeixen multitud d’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 Niguls

Sòlid Fums

Líquid Líquid Líquid Llet, maionesa

Com diferenciar un col·loide d’una dissolució

Dissenya un experiment

A partir del que has après sobre l’efecte Tyndall, digues com podries idear un experiment per 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 són capaces de fer canviar la direcció de propagació de la llum, dispersant-la.

Això està causat perquè cada una de les petites partícules que componen la fase dispersa actua com un emissor de llum fent que la seva direcció canviï, fet que provoca que els raigs de llum puguin ser vists.

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

COMPRÈN, PENSA, INVESTIGA …

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

a) Aigua salada.

b) Nigul 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. Cerca informació sobre el terme «emulsió» i explica’n el significat amb les teves pròpies paraules. Posa’n un exemple de cada un utilitzant sistemes materials que estiguin presents a ca teva.

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 obtenir la salsa? Que passa quan deim que la salsa s’ha «tallat»?

22 Cerca a ca teva els materials següents i classifica’ls com a mescles homogènies, heterogènies o col·loides:

a) Suc fet a partir de concentrat.

b) Llet sencera.

c) Desodorant en esprai.

d) Infusió de camamilla.

e) Aigua oxigenada.

f) Crema corporal.

g) Nata.

Taller de ciències

Sòlid o líquid viscós? Ciència recreativa

Introducció

Normalment, associam la rigidesa amb els sòlids i la capacitat per fluir amb els líquids i els gasos. No obstant això, hi ha sòlids flexibles i líquids que flueixen menys que altres. Descobrirem amb aquestes activitats la resistència a fluir: la viscositat.

Analitza

• Si vessam aigua, oli o mel sobre una superfície, què succeeix? Es pot veure que el seu comportament és bastant diferent: l’aigua, en vessar-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 fer bromes, hauràs notat que el seu comportament és diferent al dels líquids i al dels sòlids.

Material

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

• Un tassó

• Un bol • Una bossa d’autosegellat.

Construeix

Elaborarem aquesta pasta verdosa de forma casolana.

• En mig tassó d’aigua temperada, hi diluïm una culleradeta de midó.

• 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.

• Remenam la mescla, al principi amb la cullera i llavors amb les mans. Guardam la pasta a la bossa d’autosegellat i la refrigreram.

Construeix

• La pasta preparada, flueix? 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?

• Abocam la pasta anant alerta en un tassó i feim que llenegui. Mesuram el temps que tarda a arribar a la vora. Feim el mateix amb l’oli i l’aigua; d’aquesta manera, estarem comparant la viscositat d’aquests materials.

• Amassam la pasta amb les mans i feim una bolla. Observam 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 seva 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 copejam. Per això, deim que alguns fluids, com el que hem fabricat, poden comportar-se com a sòlids. Aquests fluids s’anomenen no newtonians, i són molt comuns.

Cercau informació sobre fluids no newtonians quotidians, i relacionau-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 teva proposta

Com podríem diferenciar una suspensió d’una dissolució? I una dissolució d’un col·loide? Quines proves podem plantejar per determinar si estam 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, pel contrari, fa que aquesta llum es dispersi, podent llavors ser observada.

Material

• Aigua • Farina • Cafè • 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

Elaboram tres mescles diferents: una d’aigua i farina, una altra d’aigua i cafè i, per finalitzar, una altra d’aigua i llet. Per a aquestes dues darreres, utilitza només unes gotes de cafè o de llet.

Seqüència de proves

• Filtració. En primer lloc, farem que les mescles passin a través del paper de filtre, utilitzant l’embut (muntatge mostrar a 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 diverses hores; observarem si hi ha diferències abans i després del temps de repòs.

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

EXTREU CONCLUSIONS

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

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

Aigua i cafè

Aigua i llet

Separam els components per filtració?

Per acabar

COMPRÈN

Organitza les idees Mapa conceptual jeràrquic

1 Fes feina amb l’esquema. Copia l’esquema al teu quadern i inclou-hi branques noves i requadres a partir d’aquestes idees:

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

La matèria

b) A partir del quadre «Homogènies o dissolucions», inclou-hi una branca per 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

• Massa

• Volum

• Densitat

• Conductivitat elèctrica

que se separen per

Tècniques de separació de mescles com poden ser

• Decantació

• Filtració

• Destil·lació

Recorda que pots consultar les soluciones de totes les activitats numèriques a anayaeducacion.es

Propietats de la matèria

1 Indica si les mesures següents són de massa, densitat, volum o cap de les 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 omplir una piscina de 3 m3? Podríem instal·lar-la en una terrassa que suportàs 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 diferent material, 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 donassin els valors de les magnituds que esmentam a l’enunciat.

Substàncies pures i mescles

5 Classifica aquests materials segons si són 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 Preparam 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 preparam 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. Existeixen mescles en estat sòlid? Es tracta de mescles homogènies o heterogènies?

11 Senyala el material de laboratori que necessites per 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 comprovar quina de les dues sals és més soluble.

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

14 La solubilitat dels gasos disminueix en augmentar la temperatura. Utilitza aquesta evidència per explicar per què moren peixos per abocaments d’aigües calentes. Tècniques de separació de mescles

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

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

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

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

REFLEXIONA

Ja has creat la primera part del pòster, així és que ja pots començar a reflexionar per millorar les teves competències. Fes l’autoavaluació que t’oferim a anayaeducacion.es i demana almenys a dues persones d’altres equips que t’avaluïn. Quan avaluïs tu a una altra persona, a més a més d’indicar-ne el nivell, ofereix-li idees de com milloraries els aspectes més fluixos de la seva obra.

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

POSA A PROVA LES TEVES COMPETÈNCIES

Realitza 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.