Ciencias undécimo-Química

ACTIVIDAD 6     

Docente: Gustavo Lopera             Área: Química                                   Grado: undécimo

 

Estándar: Reconoce la estructura y organización de la materia a partir de sus propiedades físicas y químicas.

 

Ámbito conceptual: Soluciones químicas

 

Indicadores de desempeño

·         Relaciona los conceptos básicos de la temática.

·         Identifica algunos tipos de soluciones de acuerdo a su grado de  concentración.

·         Reconoce el soluto y el solvente en una solución.l

 

 

Saberes previos

  

La materia definida como todo lo que nos rodea y ocupa un lugar en el espacio, puede presentarse en un sinnúmero de formas. Sin embargo todas ellas se pueden clasificar en dos grandes grupos como son sustancias puras como elementos y compuestos y mezclas que pueden ser homogéneas y heterogéneas.

Las mezclas homogéneas: son aquellas donde  sus componentes no son identificables a simple vista, es decir se percibe una sola fase, también se conocen como soluciones o disoluciones

            SOLUCIONES QUIMICAS

  Qué es una solución química?

Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente  en pequeña cantidad, en  comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. También se le puede nombrar como disolución. Por ejemplo al  disolver azúcar en agua,  la primera será el solvente y el segundo será el soluto                                  

 

Propiedades de las soluciones

Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:

1. Su composición química es variable.

2. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.

3. Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.

Características de una solución química

En general, toda solución química se caracteriza por que

·         Soluto y solvente  no pueden separarse por métodos físicos como decantación, filtración o tamizado, ya que sus partículas han construido nuevos enlaces químicos.

·         Poseen un soluto y un solvente (como mínimo) en alguna proporción detectable.

·         A simple vista no pueden distinguirse sus elementos constitutivos.

·         Únicamente pueden separarse soluto y solvente mediante métodos como la destilación, la cristalización o la cromatografía

 

 Tipos de solución química

Las soluciones químicas pueden clasificarse de acuerdo a la proporción que exista entre soluto y solvente, denominada concentración. Existen, así, cuatro tipos de soluciones:

·         Diluidas. Cuando la cantidad de soluto respecto al solvente es muy pequeña. Por ejemplo: 1 gramo de azúcar en 100 gramos de agua.

·         Concentradas. Cuando la cantidad de soluto respecto al solvente es grande. Por ejemplo: 25 gramos de azúcar en 100 gramos de agua.

·         Saturadas. Cuando el solvente no acepta ya más soluto a una determinada temperatura, pues sus partículas ya no tienen cómo generar más enlaces, se dice que está saturada. Por ejemplo: 36 gramos de azúcar en 100 gramos de agua a 20 °C.

 

                     PRINCIPALES CLASES DE SOLUCIONES

SOLUCIÓN	SOLVENTE	SOLUTO	EJEMPLOS
Gaseosa	Gas	Gas	Aire
Liquida	Liquido	Liquido	Alcohol en agua
Liquida	Liquido	Gas	O2 en H2O
Liquida	Liquido	Sólido	NaCl en H2O

 

          

              

                       ACTIVIDAD

Fecha máxima de entrega: 16 de junio

1.    Elabora un mapa conceptual que relaciones los conceptos clave del resumen. Usa lapicero y letra legible

2.    Completa el siguiente cuadro, clasificando las soluciones de acuerdo con la proporción sugerida entre el solvente y el soluto, lo cual determina su grado de concentración. Observa el ejemplo

SOLUTO	SOLVENTE	TIPO
1 gr de azúcar	100 gr de agua	Diluida
500 gr de panela	200 gr de agua
30 gr de azúcar	100 gr de leche
Medio limón	1 vaso de agua
45 gr de azúcar	100 gr de agua
1 cucharada de sal	1 litro de agua

 

3.    Identifica los componentes de las siguientes soluciones e indica  cuales son los solutos y cuáles  son los solventes.   

a. A Cada litro de agua de mar contiene aproximadamente 35 g de sales.

b. B cada kilogramo de oro de 18 quilates contiene 750 g de oro y 250 g de plata.

c. C En 100 ml de alcohol desinfectante hay 96 ml de alcohol y 4 ml de agua.

d. D El gas natural es gas metano con un poco de etano, propano y butano

e. El acero inoxidable contiene más de un 60% de hierro, alrededor de un 20% de cromo y cantidades menores de carbono, níquel y molibdeno, entre otros componentes.

f. En una botella de 600 ml de una gaseosa común hay aproximadamente 70 g de azúcar.

ACTIVIDAD 7     

Docente: Gustavo Lopera             Área: Química                                  Grado: undécimo

 

Estándar: Verifico el efecto de la presión y la temperatura en los procesos químicos.

Ámbito conceptual: Factores que afectan la solubilidad

Indicadores de desempeño

·         identifica variables que influyen en la solubilidad de sustancias

·         sintetiza información mediante esquemas gráficos

·         reconoce el efecto de variables en situaciones reales

 

Cordial saludo. Teniendo en cuenta que estamos por finalizar el primer periodo lectivo del año en curso, debemos concertar nota de autoevaluación de estudiantes. Según nuevas disposiciones del comité de evaluación debe incluir además la sustentación mediante argumentos del por qué crees merecer tal o cual nota. Por favor la especificamos al comienzo de la solución de la actividad. Debo ser reiterativo en la recomendación de que si resuelve las actividades con letra manuscrita lo hagan de la forma más legible posible.    

 

                          FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD

Objetivo: analizar cómo afectan algunas variables la solubilidad de las sustancias

RECUERDA QUE:

La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia para integrarse o disolverse con otra formando un conjunto homogéneo, es decir, ambas sustancias se integran de tal manera que se ven como si fueran una sola, pero cada una conserva sus propiedades. Por ejemplo, si mezclamos sal y agua no se ve la diferencia con el agua común, pero si probamos sentimos el sabor de la sal, es más si evaporamos el agua podemos recuperar la sal pura e intacta La sustancia que se disuelve se conoce como soluto y la que se usa para disolver se conoce como solvente.

 La solubilidad de una sustancia en un solvente depende de varios factores, entre los cuales se cuentan:

Superficie de contacto: al aumentar la superficie de contacto del soluto, la cual se favorece por pulverización del mismo, con el solvente, las interacciones soluto-solvente aumentarán y el cuerpo se disuelve con mayor rapidez. Es decir, es más fácil disolver un soluto en polvo, que en grandes pedazos.

Grado de agitación: al disolverse el sólido, las partículas del mismo deben difundirse por toda la masa del solvente. Al agitar la solución se logra que el solvente se pueda integrar mejor con el soluto.

Temperatura: la temperatura afecta la rapidez y grado de solubilidad. Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas en solución y con ello su rápida difusión, es decir que el soluto se integre más rápidamente con el solvente.

Presión: Los cambios de presión ordinarios no tienen mayor efecto en la solubilidad de los líquidos y de sólidos. La solubilidad de gases es directamente proporcional a la presión. Como ejemplo imagina que se abre una botella de una bebida carbonatada, el líquido burbujeante puede derramarse del recipiente. Las bebidas carbonatadas se embotellan bajo una presión que es un poco mayor de una atmósfera, lo que hace aumentar la solubilidad del Dióxido de carbono (CO2), gas presente en las gaseosas. Una vez que se abre el recipiente, la presión desciende de inmediato hasta la presión atmosférica y disminuye la solubilidad del gas. Al escapar burbujas de gas de la solución, parte del líquido puede derramarse del recipiente. Es más, si dejas mucho tiempo abierto el recipiente, poco a poco el gas escapará totalmente, quedando la bebida sin gas.

Naturaleza del soluto y del solvente: No todas las sustancias se pueden integrar por igual, por ejemplo, el agua y el aceite, esto se debe a que la naturaleza del aceite hace que este sea insoluble en el agua.

 

                                                          ACTIVIDAD

FECHA DE ENTREGA: Hasta junio 24    

1.       1.Después de leer la totalidad del resumen escoge al menos 10 palabras que consideres            de dudoso significado y busca en el diccionario (desde la química ojalá) su definición.

2 .  En un cuadro sinóptico u otro esquema ya sea mapa mental o conceptual resume y compara los diferentes factores que afectan la solubilidad de las sustancias

         3.     A continuación, se presentan una serie de situaciones problema para que las resuelvas conforme a los conceptos dados sobre los factores que afectan la solubilidad.

a)               a) ¿Por qué cuando se adiciona demasiado café a una taza con agua caliente, parte del                 café se deposita en el fondo de la taza? Explica tu respuesta

b)      ¿Qué será más fácil de disolver, un trozo de panela en agua o panela en polvo o rallada? ¿Por qué?

c)       Si mezclas leche en polvo en agua fría o en agua caliente, ¿Dónde se disolverá más rápido? ¿Por qué?

d)      ¿Qué perdería su sabor con mayor rapidez, una bebida gaseosa tibia o fría? Explica tu respuesta

4. Para preparar un dulce casero se requiere una solución de azúcar en agua. Responde:

a)    ¿Qué factores influyen en este proceso?

b)    ¿Cuál de las sustancias se comporta como soluto y cual como solvente?

Tomado de:

http://www.deciencias.net/proyectos/Tiger/paginas/Dissolving_NaCl-Electrolyte_Probe.html

http://solucionesj2p.blogspot.com/2008/09/factores-que-afectan-la-solubilidad.html

 

ACTIVIDAD 8     

Docente: Gustavo   Lopera      Área: Química                           Grado: undécimo

 

Estándar:  Realizo cálculos cuantitativos para describir procesos quimios

Ámbito conceptual: Concepto de mol y cantidad de sustancia

Indicadores de desempeño

·         Expresa cantidades de sustancia mediante unidades de medida.

·         Realiza operaciones para determinar equivalencias entre unidades.

·         Reconoce la utilidad del concepto de mol para describir ecuaciones químicas.

 

RECORDEMOS QUE

Desde el inicio de la química moderna alrededor de 1.800 los elementos químicos empiezan a representarse mediante símbolos y los compuestos mediante fórmulas moleculares, las cuales indican en qué proporción se encuentran los elementos que lo integran, por ejemplo, en la fórmula del agua H2O podemos visualizar que dicha molécula está integrada por dos partes de hidrogeno y una de oxígeno.

De igual manera es posible conocer el peso o masa molecular de un compuesto si sumamos los pesos atómicos individuales de los elementos que lo conforman (dicha información se encuentra en la tabla periódica de los elementos) multiplicados por los subíndices que indican las veces que se encuentran presentes en dicha molécula.

.                                     ¿QUE ES UNA MOL?

Objetivo: plantear la equivalencia del mol como unidad de  cantidad de materia

Una mol es la unidad de medida (en el Sistema Internacional) de la cantidad de sustancia y expresa el número de entidades elementales (es decir, según el contexto en el que lo estemos utilizando, puede representar el número de átomos, si se trata de una mol de un elemento o el número de moléculas si se trata de una mol de un compuesto).

 Dicha unidad (la mol) corresponde a 6.022 X 10 ²³, que representa la cantidad de átomos presentes en 12g de carbono-12. El numero en si es conocido como “Numero de Avogadro” (o constante de Avogadro).

En síntesis, 1 mol de una sustancia es equivalente a 6,02 × 10²³ unidades elementales. Si se trata de elementos dichas unidades serán átomos y si se trata de compuestos serán moléculas.

La utilidad de este concepto de mol radica en que cuando consideramos reacciones químicas, las relaciones de masa de las sustancias reaccionantes quedan reducidas a números enteros que corresponden a la fórmula mínima. Amadeo Avogadro descubrió a principios del siglo XIX la relación entre la cantidad de moléculas o átomos de una sustancia y los moles.

Una mol representa la cantidad de masa contenida en moléculas de sustancia. La mol es una unidad algo peculiar, porque "no pesa lo mismo" en cada caso. Al estar basada en un conteo de átomos o moléculas, la cantidad de masa total dependerá de cuánta masa tenga cada unidad material. Así, teniendo en cuenta que el peso atómico del hidrogeno aprox. 1.0 y el peso del oxígeno es aprox. 16.0, una mol de hidrógeno molecular (H2) tiene 2 gramos de masa (2×1.0), mientras que una mol de agua (H2O) contiene 18 gramos de masa. (2× 1.0 ÷1×16.0= 18.0).

Es posible entonces calcular a cuantos gramos equivale una cantidad dada de moles de una sustancia conociendo su masa molecular así:

EJEMPLOS

¿A cuántos gramos corresponde 1 mol de agua?

Masa Molecular del H2O = 2 x (1,01g/mol) + 16g/mol = 18,02g/mol

18,02 g/mol x 1 mol = 18,02g

¿A cuántos gramos equivalen 0,8 mol agua?

18,02g/mol x 0,8 mol = 14,41g

Para calcular los moles es necesario conocer la masa atómica o la masa molecular, dependiendo si se trata de átomos o compuestos respectivamente. A partir de allí se realizará la conversión, tal como si se hiciera un intercambio de unidades. Entonces para calcular el número de moles de moléculas o átomos debe realizarse la fracción entre la masa de la sustancia, sobre la masa molecular o atómica

Para calcular los moles que tiene cierta sustancia, dividimos la masa en gramos de la sustancia por el peso molecular o atómico así: 

𝑀 = 𝑚/ PM                      Donde: 𝑚 es la masa en gramos de la sustancia dada

                                                    PM es el peso molecular (si es un compuesto) o peso atómico (si es un elemento)

  

                                              ACTIVIDAD

FECHA MAXIMA DE ENTREGA: JUNIO 30

1. Argumente de acuerdo con el texto y con relación a los cálculos estequiométricos   ya vistos en clases presenciales anteriores, cual es la importancia y utilidad práctica del concepto de mol en las reacciones químicas de procesos industriales.  

2. Calcule cuantos gramos hay en:

a)    2.5 moles de NaCl

b)    3 moles de 02

c)    5 moles de H20

d)    1.5 de CO2

3. A partir de su fórmula calcule para las siguientes sustancias su peso molecular, y a partir de la cantidad en gramos dada, sus moles y el número de átomos/moléculas que posee. Observa el ejemplo

Sustancia	Formula	Peso molecular (pm ) en gramos por mol (g/mol)	Cantidad dada de sustancia (en gramos)	Moles	Átomos (si es elemento) o moléculas (si es compuesto)
Agua	H2O	18.0	36	2	2 por 6.022 X 10 ²³
Agua	H2O	18.0	27	1.5	1.5 por 6.022 X  10 ²³
Cloruro de sodio	NaCl		175.5
Ácido sulfúrico	H2SO4		196
Hidróxido de sodio	NaOH		120
Oxido ferroso	FeO		35.9
Dioxido de carbono	CO2		96
Nitrogeno molecular	N2		21
Oxido de litio	Li2O		69

  

 

ACTIVIDAD 9     

Docente: Gustavo Lopera   Área: Química                                Grado: Undécimo

Estándar: Reconoce la estructura y organización de la materia a partir de sus propiedades físicas y químicas.

Ámbito conceptual: Soluciones químicas. Unidades de concentración

Indicadores de desempeño

·      relaciona los conceptos básicos de la temática.

·          realiza cálculos matemáticos para determinar la molaridad de soluciones

·         plantea conclusiones sobre lo aprendido.

 

 

RECORDEMOS QUE

 

Cada sustancia tiene una solubilidad para un solvente determinado. La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que puede mantenerse disuelto en una solución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras sustancias disueltas o en suspensión.²​ Cuando se alcanza la máxima cantidad de soluto en una solución se dice que la solución está saturada, y ya no se admitirá más soluto disuelto en ella. Si agregamos un poco de sal común a un vaso de agua, por ejemplo, y la agitamos con una cucharita, la sal se disolverá. Si continuamos agregando sal, habrá cada vez más concentración de ésta hasta que el agua ya no pueda disolver más sal por mucho que la agitemos. Entonces, la disolución estará saturada, y la sal que le agreguemos, en vez de disolverse se precipitará al fondo del vaso. Si calentamos el agua, está podrá disolver más sal (aumentará la solubilidad de la sal en el agua), y si la enfriamos, el agua tendrá menos capacidad para retener disuelta la sal, y el exceso se precipitará.

 

                                       UNIDADES DE CONCENTRACIÓN   

Objetivo: Plantear la forma cualitativa y cuantitativa de describir una solución.

En química, la concentración de una solución es la proporción o relación que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución o, a veces, de disolvente, donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el solvente es la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla homogénea de las dos anteriores. A menor proporción de soluto disuelto en el solvente, menos concentrada está la solución, y a mayor proporción más concentrada está. Una disolución (solución) es una mezcla homogénea, a nivel molecular, de dos o más sustancias. ​

Ejemplos

El alcohol comercial de uso doméstico. Generalmente no viene en una presentación pura (100 % alcohol), sino que es una disolución de alcohol en agua en cierta proporción, donde el alcohol es el soluto (la sustancia que se disuelve) y el agua es el disolvente (la sustancia que disuelve el soluto). Cuando la etiqueta del envase dice que este alcohol está al 70  % V/V (de concentración) significa que hay un 70 % de alcohol, y el resto, el 30 %, es agua. El zumo de naranja comercial suele tener una concentración de 60 % V/V, lo que indica que el 60 %, (el soluto), es zumo de naranja, y el resto, el 40 % (el disolvente), es agua. La tintura de yodo, que en una presentación comercial puede tener una concentración 5 %, significa que hay un 5 % de yodo, (el soluto), disuelto en un 95 % de alcohol, (el disolvente).

La concentración puede expresarse de dos formas: cualitativa y cuantitativa.

           

FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN CUALITATIVATIVAMENTE

Tipos de Disoluciones
Insaturada	Saturada	Sobresaturada
Contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver	Contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura específica	Contiene más soluto que la cantidad soportada en condiciones de equilibrio por el disolvente, a una temperatura dada.

CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUANTITATIVOS

Los términos cuantitativos son cuando la concentración se expresa científicamente de una manera numérica muy exacta y precisa. Algunas de estas formas cuantitativas de medir la concentración son los porcentajes del soluto, la molaridad, la normalidad, y partes por millón, entre otras. Estas formas cuantitativas son las usadas tanto en la industria para la elaboración de productos como también en la investigación científica. ​

 

Términos cuantitativos de disolución

Nombre	Definición	Definición	Propiedad de una disolución medida cuando se suministra
Peso por ciento	Unidades en peso de soluto contenidas en 100 unidades de peso de disolución.	Gramos de soluto /100 gramos de disolución	Peso de disolución
Concentración en peso	Peso de soluto contenido en una unidad de volumen de disolución.	Gramos de soluto / Litros de disolución	Volumen de disolución
Molaridad (M)	Número de moles de soluto contenidas en 1 lt de disolución.	Moles de soluto /Litros de disolución	Volumen de disolución
Normalidad (N)	Número de equivalentes de soluto contenidos en 1 lt de disolución.	Equivalencia de soluto / Litros de disolución	Volumen de disolución
Molalidad	Número de moles de soluto por kilogramo de disolvente.	Moles de soluto / Kilogramos de disolvente	Peso de disolución

Para usos científicos o técnicos, una apreciación cualitativa de la concentración casi nunca es suficiente, por lo tanto las medidas cuantitativas son necesarias para describir la concentración.

A continuación comenzaremos a tratar las unidades de concentración más utilizadas a nivel industrial.

Molaridad

La molaridad (M), o concentración molar, es la cantidad de sustancia (n) de soluto por cada litro de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0, 5 moles de soluto en 1000 mL de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 0,5  M (0, 5 molar).

                     M=   moles de soluto (n)

                            Volumen de disolución (L)

{\displaystyle M={\frac {\mbox{moles de soluto (n)}}{\mbox{volumen de disolucion (L)}}}}

Es el método más común de expresar la concentración en química, sobre todo cuando se trabaja con reacciones químicas y relaciones estequiometrias. Sin embargo, este proceso tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.

Se representa también como:

M = n / V,   en donde "n" es la cantidad de sustancia (n= mol soluto/masa molar) y "V" es el volumen de la disolución expresado en litros.

 

Ejemplo

 

Ejercicio 1: Calcular la molaridad de una disolución de 250 ml en la que está disueltos 30 gramos de cloruro sódico (NaCl). Datos: pesos atómicos Na=23, Cl=35,45.

Solución:

·                     Peso molecular del NaCl = 23 + 35,45 = 58,45 gramos / mol

·                     Moles de NaCl = masa soluto / peso molecular = 30 / 58,45 = 0,51 moles

·                     Molaridad = moles NaCl / volumen de disolución = 0,51 / 0,25 litros = 2,04 M

 

Como vemos para resolver el ejercicio nos dieron una cantidad de sustancia problema en gramos, la cual debe pasarse a su equivalencia en moles (ya lo vimos en clase anterior), haciendo uso del peso molecular  de dicha sustancia, y realizando luego las operaciones indicadas.

En otras ocasiones es posible que nos den la densidad y el volumen de la sustancia para deducir de la ecuación base D = m/ v el valor de la masa.

También, como la molaridad se expresa en moles sobre litro, si nos dan el volumen de la solución en militros los debemos pasar a su equivalencia en litros.

 

                                                      ACTIVIDAD

FECHA MÁXIMA DE ENTREGA: JULIO 7 (CIERRE DE NOTAS)

Resuelva. Los resultados deben ir acompañados del procedimiento matemático con números muy legibles y mucha organización, además tratamiento adecuado de unidades.  

Ejercicio 1.  Calcular los gramos de hidróxido de sodio (NaOH) de 350 ml de disolución 2 M. Datos: pesos atómicos Na=23, O=16, H=1.

CLAVE: Debes analizar la ecuación base para la molaridad y despejar la variable requerida

 

Ejercicio 2: Calcular la molaridad de 5 gramos de ácido sulfúrico (H₂SO₄) en una disolución de 200 cm³. Datos: pesos atómicos S=32,1, O=16, H=1.

Recuerde que los centímetros cúbicos son sinónimo de mililitro.

Ejercicio 3: Determinar la molaridad de una disolución formada al disolver 12 g de hidróxido de calcio, Ca(OH)₂, en 200 g de agua, H₂O, si la densidad de esta disolución en 1050 kg·m^-3. Pesos atómicos: (Ca) = 40 g; (O) = 16 g; (H) = 1 g

Ejercicio 4.

Expresa la molaridad la concentración de una solución que contiene 50 g de NaCl en 2L de H2O.

Punto 5.

Mediante un párrafo concluya las ideas clave del tema tratado.