Homogéneas y heterogéneas

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Te sugerimos leer el artículo de: Valladares Cisneros, M.G. (2010). “Las plantas medicinales fuentes de mezclas y compuestos”. Hypatia (34), para que conozcas donde encontramos mezclas y compuestos naturales.

www.revistahypatia. org/~revistah/index. php?option=com_content &view=article&id=243&It emid=365

• (Mezclas) homogéneas y heterogéneas

Mira a tu alrededor y podrás darte cuenta de que la diversidad de los materiales que te rodean es muy amplia: el aire, la hoja de papel del libro, la tinta que ésta contiene, la silla en la que estás sentado, etcétera. Todos estos objetos están hechos de materiales muy diversos que, como vimos en el contenido anterior, poseen características o propiedades que permiten diferenciarlos (figura 21). Si quisiéramos estudiarlos, ¿por dónde empezaríamos? ¡Son tantos y tan diversos! Usualmente comenzaríamos por clasificarlos; así podríamos apreciar más fácilmente sus semejanzas y diferencias.

La composición de un material es una propiedad muy importante y es uno de los criterios más empleados en química para clasificarlos. Sin embargo, determinar la composición de un material no es tan sencillo, pues no es algo que pueda apreciarse a simple vista. No obstante, podemos comenzar por utilizar la apariencia de un material para estimar su complejidad.

Aplicando este criterio, los materiales pueden clasificarse como homogéneos (cuando su apariencia es uniforme) o heterogéneos (cuando podemos distinguir que no todo el material es igual).

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Observa las imágenes de la figura e identifica cuáles son materiales homogéneos, y cuáles, heterogéneos.

a b c

d e

FIGURA 21. Materiales como: (a) Un trozo de mármol, (b) un vaso de refresco con hielo, (c) azúcar, (d) un vaso de leche, y (e) la sección transversal de troncos de árbol, pueden clasificarse por su apariencia, ¿cómo lo harías?

• ¿Te fue fácil distinguir los materiales homogéneos de los heterogéneos? ¿Por qué? • ¿Podrías mencionar los componentes de estas mezclas? • ¿Podrías mencionar otros ejemplos de estos tipos de mezclas?

La leche y el azúcar son materiales homogéneos, mientras que el vaso de refresco con hielo, el mármol y el tronco son materiales heterogéneos, pues podemos distinguir claramente en ellos los diversos componentes que los forman: en el refresco distinguimos los hielos del líquido, en el mármol podemos apreciar los diversos colores y en el tronco de árbol podemos distinguir la madera de la corteza. Incluso en la madera del tronco podemos distinguir anillos de diferente color, por lo que también la madera es un material heterogéneo. Los materiales heterogéneos necesariamente están constituidos al menos por dos materiales distintos distinguibles a simple vista, aunque pueden contener muchos más que no logramos apreciar.

Cada una de estas partes que podemos distinguir se llama fase, la cual es una porción de materia con propiedades homogéneas. Una mezcla heterogénea es aquella formada por dos o más fases, mientras que en una mezcla homogénea se aprecia sólo una fase.

Es importante mencionar que al clasificar una mezcla como homogénea o heterogénea lo hacemos en función de nuestra capacidad para distinguir los componentes de la misma. Nuestros sentidos son limitados, por lo que muchas de las mezclas que a simple vista parecen homogéneas no lo son cuando se observan con la ayuda de un microscopio; por tanto, la clasificación homogéneo-heterogéneo depende del criterio de clasificación.

Las disoluciones (como las de agua con sal y agua con azúcar que preparaste en una de las actividades de “Experimenta”) son un ejemplo de mezclas homogéneas en las cuales la mezcla resultante es un líquido transparente. Las suspensiones (mezclas formadas por partículas sólidas suspendidas en un líquido, como en las pinturas) y las emulsiones (mezclas formadas por partículas de un líquido suspendidas en otro líquido, como la mayonesa) se distinguen fácilmente de las disoluciones, pues éstas tienen una apariencia que puede ser desde turbia hasta a opaca, pero nunca transparente. Esta notable diferencia entre los tipos de mezclas mencionados radica en el tamaño de las partículas del soluto, pues en las disoluciones las partículas del soluto son tan pequeñas que no pueden verse ni con un potente microscopio, mientras que en las emulsiones y suspensiones el tamaño de las partículas es sustancialmente mayor, por lo que la luz no las atraviesa con facilidad, de ahí su apariencia opaca (figura 22).

Si agregas sólo un poco de agua (por ejemplo, 5 ml) a un vaso (200 ml) de leche, ¿podrías notar la diferencia?, ¿cambiarían las propiedades de la leche (su sabor, color o aroma)? Por supuesto, del contenido anterior recordarás que nuestros sentidos no nos permiten apreciar diferencias sutiles, por lo que tenemos que realizar alguna medición; ¡manos a la obra!

Para repasar, te recomendamos revisar el contenido digital sobre clasificación de la materia en:

http://crecea.uag.mx/ flash/cmfinal.swf

a

FIGURA 22. (a) Las suspensiones como el chocolate con leche o la pintura), (b) las emulsiones como la mayonesa, y (c) las disoluciones son ejemplos de distintas mezclas.

b c

Experimenta

Determina cómo cambia el punto de ebullición al variar la concentración de la disolución acuosa.

Material:

• 6 vasos de precipitado de 50 ml o frascos equivalentes. (Pueden usarse también tubos de ensaye de 15 mm 3 150 mm o más grandes, aunque estos últimos deben calentarse con más precaución). • Un tripié y tela de asbesto. (Si se usan tubos de ensaye, sólo se requieren unas pinzas para tubo.) • Un mechero de alcohol • Un termómetro (que permita medir temperaturas cercanas a los 100 °C) • 10 g de cloruro de sodio (NaCl) o sal de mesa • Una pipeta 10 ml (en su lugar, puede usarse una jeringa de 5 o 10 ml) • Un marcador permanente o etiquetas adheribles.

Procedimiento:

a. Etiqueten los recipientes o tubos del 1 al 6. b. Agreguen sal (NaCl) y agua (H2O) de acuerdo con la siguiente tabla: Núm.: 1 2 3 4 5 6

Sal (NaCl): 1 g 0.5 g 1 g 2 g 3 g 4 g

Agua (H2O): 5 ml 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml

Temperatura de ebullición (1):

Temperatura de ebullición (2):

Promedio: c. Uno por uno, con sumo cuidado, calienten en el mechero los recipientes agitando constantemente. Si usan tubos de ensaye, háganlo con precaución y pregunten al maestro cuál es la forma adecuada de calentar disoluciones en tubos de ensaye, pues puede ser peligroso si no siguen las medidas de seguridad indicadas. (Pueden también consultar el anexo de seguridad al final de este libro.) d. Cuando la disolución esté hirviendo, registren la temperatura en el cuadro anterior, que ya tendrán escrito en su cuaderno o su blog. e. Dejen que se enfríe un poco la disolución y vuelvan a calentarla hasta la ebullición para tener al menos dos lecturas por cada disolución (con el fin de promediarlas). El recipiente 6 les permitirá conocer cuál es la temperatura de ebullición del agua en su comunidad, pues ésta se modifica con la presión atmosférica. f. Comparen la temperatura de ebullición de los recipientes 2 a 5 con la del número 6. ¿Es la misma? Según su opinión, ¿a qué puede atribuirse esto? g. Usando los datos de los recipientes 2 a 6, elaboren un gráfica donde relacionen el contenido de sal (NaCl) en las disoluciones (eje x) con la temperatura de ebullición de la disolución Maneja con precaución el fuego. sé cuidadoso (eje y). Maneja con precaución el fuego. • ¿Pueden observar alguna tendencia en esta gráfica? h. Comparen la temperatura de ebullición de la disolución 1 con su gráfica. ¿Se asemeja a la temperatura de ebullición de alguna otra disolución?, ¿cuál?, ¿qué tienen en común estas disoluciones con un punto de ebullición semejante?

Conclusiones:

Elaboren sus conclusiones y discútanlas con los demás compañeros de su grupo.

La actividad que acabas de realizar ilustra una importante propiedad de las mezclas: la proporción de sus componentes puede variar gradualmente, es decir, las mezclas tienen una composición variable y, como pudiste notar, sus propiedades también varían en forma gradual dependiendo de su composición.

Cuando estudiamos las propiedades intensivas y extensivas de los materiales, observamos que la densidad de una disolución de agua con azúcar es distinta de la que presenta el agua sola. Muchas de las propiedades físicas y químicas de los componentes de una mezcla pueden modificarse de manera importante cuando forman

parte de ésta, es decir, las propiedades de la mezcla no son idénticas a las de los componentes por separado.

Modificar las propiedades de las sustancias empleando mezclas puede ser de gran utilidad, por ejemplo, ¡para preparar nieve de limón! Seguramente sabes que el punto de fusión del agua es 0 °C; sin embargo, si agregamos un poco de sal al hielo (a 0 °C) la temperatura de fusión de esta mezcla disminuye rápidamente y puede llegar hasta 210 °C, lo cual te permite congelar agua de limón (figura 23) para transformarla en una paleta o nieve (dependiendo de cuál se te antoje más).

En la actividad que acabas de llevar a cabo observaste que la disolución 1 presentaba un punto de ebullición igual al observado en la disolución 4. ¿A qué se debe? Claramente ambas disoluciones contienen diferente cantidad de sal (1 y 2 gramos, respectivamente) y distinta cantidad de agua (5 y 10 ml); sin embargo, la proporción soluto (sal)/disolvente (agua) es la misma (0.2 g de sal por cada ml de agua). De hecho, cualquier propiedad intensiva que se mida en la disolución 4 (densidad, viscosidad, punto de fusión, etcétera.) tendrá el mismo valor en la disolución 1. Esto se debe a que las propiedades de una mezcla (en este caso, una disolución) no dependen de la cantidad de soluto disuelto, sino de la proporción de sus componentes, es decir, de su concentración.

La concentración es una magnitud Comunica tus avances en ciencias que indica la proporción de una sustancia de interés presente en una mezcla, por ejemplo, el azúcar y el limón en una limonada. Realiza la actividad sugerida.

Lo que hace que el agua del primer vaso sepa más a limón que la del segundo no es la cantidad de limón que contiene el vaso, ya que ambos contienen la misma cantidad, de la misma forma que el agua del tercer vaso debe saber igual que el segundo (a pesar de que ambos contienen diferentes cantidades de limón). Saben igual porque la proporción limón agua es igual; es decir, su concentración es la misma.

La concentración es una propiedad que podemos cuantificar; la usamos a menudo cuando dos o más materiales están combinados en una mezcla, y nos permite definir la composición de esa mezcla.

En química hay muchas formas de expresar la concentración; una de las más sencillas es la que se obtiene relacionando la masa del material de interés —que llamamos

a b

FIGURA 23. Añadir sal al hielo puede ser muy útil tanto para preparar nieve de limón (a), como para ayudar a derretir la nieve y despejar los caminos después de una nevada (b).

Retoma tus experiencias y utiliza la abstracción. 1. Imagina que exprimes un limón en un poco de agua (digamos, en la cuarta parte de un vaso) y que en otro vaso vacío exprimes también 1 limón, pero lo llenas de agua. Al probar el agua de ambos vasos, ¿cuál sabe más a limón? ¿Por qué? 2. Si ahora exprimes sólo medio limón en medio vaso de agua, ¿sabe igual o distinto que alguno de los vasos que preparaste con anterioridad?

Explica tu respuesta.

soluto— y la masa de la mezcla resultante. Esta forma de concentración se conoce como concentración porcentual en masa o simplemente como porcentaje (%), y se calcula de la siguiente manera:

Masa del soluto 3 100% Masa total de la mezcla 5 Porcentaje del soluto en la mezcla

Usando como ejemplo la disolución 1 de la actividad de la página 44, esta disolución contiene 1 g de sal y 5 ml de agua. Sabemos que la densidad del agua es de 1 g/ml, por lo que la masa del agua empleada es de 5 g. Así, la masa de la mezcla (disolución) es de 6 g (1 g 1 5 g 5 6 g). La concentración de sal en esta disolución es:

1 g de sal 3 100% 6 g de mezcla 5 16.67% de sal en la mezcla

Cuando dos o más líquidos forman una mezcla, suele emplearse una unidad de concentración conocida como porcentaje en volumen. Ésta es muy semejante a la anterior, pero en este caso relacionamos el volumen de cada componente con el volumen de la mezcla, por ejemplo, si en 200 ml de una mezcla están contenidos 10 ml de alcohol:

10 ml de alcohol 3 100% 200 ml de mezcla 5 5% de alcohol en la mezcla

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Calcula la concentración de las disoluciones. 1. Completa la siguiente tabla en tu cuaderno o tu blog utilizando las disoluciones que preparaste en la actividad de la página 46. Número: 1 2 3 4 5

Sal: Agua: Masa del agua: 1 g 0.5 g 1 g 2 g 3 g 5 ml 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml 5 g

Masa de la mezcla:

6 g Concentración porcentual de la sal en la mezcla: 16.67 %

NOTA: En este caso, el 100% equivale al total del volumen de la mezcla.

Esta forma de expresar la concentración es la que se emplea en México y otros países de Latinoamérica para informar del contenido de alcohol en las bebidas alcohólicas, y es equivalente a los grados Gay-Lussac (°GL) que aparecen en las etiquetas de estas bebidas (1 °GL 5 1% v/v).

Como mencionamos al principio de este contenido, la mayoría de los materiales que nos rodean están formados por más de un componente, es decir, son el resultado de la mezcla de dos o más materiales. ¿Podemos separar los diversos componentes de un material? ¿Has observado qué pasa si permites que el agua con sal se evapore lentamente?

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Efectúa los cálculos que te permitan completar un cuadro de datos. 1. Completa en tu cuaderno o tu blog el siguiente cuadro:

Agua (H2O)

Alcohol (CH3CH2OH) Vinagre (CH3COOH) Vol. total agua %(v/v) Alcohol %(v/v) vinagre %(v/v)

Mezcla 1 50 ml 20 ml 30 ml ~100 ml Mezcla 2 ~200 ml 50% 30% 20% Mezcla 3 30 ml 25% 50% 25%

2. Resuelve el siguiente problema: • Si una persona ingiere una botella de cerveza (330 ml) cuyo contenido de alcohol es de 4.5 °GL y otra bebe 30 ml de tequila (40 °GL), ¿cuál de ellas consumió mayor cantidad de alcohol?