Comprende la utilidad de los sistemas dispersos. Unidad de competencia: Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides suspensiones), calcula la concentración de las disoluciones y comprende la utilidad de los sistemas dispersos. Atributos a desarrollar en el bloque: 3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de consumo y conductas de riesgo. 4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, Matemáticas o gráficas. 5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo. 5.2 Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones. 5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de fenómenos. 5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez. 5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar información. 6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad. 6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que cuenta. 7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimientos. 8.1 Propone manera de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo, definiendo un curso de acción con pasos específicos. 8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. 8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo. Tiempo asignado: 17 horas 54
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Comprende la utilidad de los sistemas dispersos.
Unidad de competencia:
Identifica las características distintivas de los sistemas dispersos (disoluciones, coloides
suspensiones), calcula la concentración de las disoluciones y comprende la utilidad de los
sistemas dispersos.
Atributos a desarrollar en el bloque:
3.2 Toma decisiones a partir de la valoración de las consecuencias de distintos hábitos de
consumo y conductas de riesgo.
4.1 Expresa ideas y conceptos mediante representaciones lingüísticas, Matemáticas o
gráficas.
5.1 Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo cómo cada
uno de sus pasos contribuye al alcance de un objetivo.
5.2 Ordena información de acuerdo a categorías, jerarquías y relaciones.
5.3 Identifica los sistemas y reglas o principios medulares que subyacen a una serie de
fenómenos.
5.4 Construye hipótesis y diseña y aplica modelos para probar su validez.
5.6 Utiliza las tecnologías de la información y comunicación para procesar e interpretar
información.
6.1 Elige las fuentes de información más relevantes para un propósito específico y
discrimina entre ellas de acuerdo a su relevancia y confiabilidad.
6.3 Reconoce los propios prejuicios, modifica sus propios puntos de vista al conocer
nuevas evidencias, e integra nuevos conocimientos y perspectivas al acervo con el que
cuenta.
7.1 Define metas y da seguimiento a sus procesos de construcción de conocimientos.
8.1 Propone manera de solucionar un problema y desarrolla un proyecto en equipo,
definiendo un curso de acción con pasos específicos.
8.2 Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera
reflexiva.
8.3 Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con
los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.
Tiempo asignado: 17 horas
54
88 COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS
Secuencia didáctica 1.
Mezclas homogéneas y heterogéneas.
Inicio
Evaluación
Actividad: Producto: Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Actividad: 1
Elabora un mapa conceptual en el que relaciones los siguientes términos:
Átomos
Compuestos
Elementos
Heterogéneas
Homogéneas
Materia
Mezclas
Sustancias puras
55
89 BLOQUE 3
Evaluación
Actividad: 1 Producto: Mapa conceptual. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Caracteriza: elemento,
compuesto, mezclas
homogéneas y mezclas
heterogéneas.
Analiza las propiedades de los
elementos, compuestos y
mezclas para diferenciarlos.
Se expresa con exactitud.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Actividad: 2
Clasifica los siguientes materiales en elemento, compuesto o mezcla y señala la casilla
correspondiente. Menciona otros ejemplos para completar la tabla. Compara tus respuestas con
las de tus compañeros.
Ejemplo
(material)
Elemento Compuesto Mezcla
homogénea
Mezcla
heterogénea
Pozole
Oxígeno
Aspirina
Sopa de verduras
Moneda de cinco pesos
Detergente
Jarabe
Choco milk
Perfume
Malteada
Dióxido de carbono
Agua de mar
Barra de chocolate
Helio
Moneda de cincuenta centavos
56
90 COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS
Evaluación
Actividad: 2 Producto: Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Distingue entre elemento,
compuesto, mezcla
homogénea y mezcla
heterogénea.
Utiliza materiales cotidianos para
ejemplificar conceptos.
Está atento a las formas en que
se presenta la materia en su
vida diaria.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Desarrollo
Elemento, compuesto y mezcla.
La materia se define como todo lo que tiene masa y ocupa un espacio. En el curso de Química 1 se mencionó
que el mundo natural que nos rodea está constituido por materia. Se señaló que todo aquello que impactaba a
nuestros sentidos era materia. Toda la materia se puede clasificar en sustancias puras y mezclas, como se
muestra en la figura.
Las sustancias puras se pueden clasificar en elementos y compuestos. Los elementos son sustancias que
contienen una sola especie de átomos. Entre ellos hay varias sustancias con las que se tiene familiaridad: el
oxígeno de la atmósfera, el aluminio en el papel aluminio, el hierro en los clavos, el cobre en los alambres
conductores eléctricos, y el mercurio en los termómetros. Los elementos son los componentes de todas las
demás sustancias.
Materia
Sustancias puras
Elementos
Elementos átomicos
Na, K, Mg, C..
Elementos
moleculares
H2,O
3, Cl
2..
Compuestos
Compuestos
moleculares
CO2, H
2O, CH
4..
Compuestos iónicos
NaCl,CaO,KI..
Mezclas
Homogéneas
Soluciones
Agua de mar,
aleaciones...
Heterogéneas
Agregados
Grava, mármol...
Suspensiones
Agua turbia,
medicamentos
agitables,...
Coloides
Humo,
gelatina,crema...
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91 BLOQUE 3
Los compuestos o sustancias como el agua o la sal de mesa contienen más de un elemento, combinado
químicamente en proporciones fijas. Por ejemplo, el agua (H2O) siempre contiene 88.8 % en peso de oxígeno y 11.2%
de hidrógeno. Las sustancias puras también tienen propiedades químicas y físicas constantes. Cuando es pura, la sal
de mesa tiene la misma composición de la sal extraída de minas muy profundas o la que se obtiene evaporando agua
de mar.
Las mezclas, como por ejemplo una malteada, tienen distinta composición de una muestra a otra, y en consecuencia
sus propiedades son variables. Si se compara una malteada preparada en casa con las que se prueban en una
nevería o restaurante se encontrará que no son iguales. Varían en su aspecto, aroma y sabor, debido a diferencias en
su composición.
Es común encontrar mezclas en la naturaleza; basta observar el entorno y percatarse que se vive en un mundo de
mezclas. Pero ¿Cómo se forman las mezclas? Cuando dos o más sustancias se combinan y cada una de ellas
conserva sus características físicas y químicas esenciales se forma una mezcla. Una mezcla no modifica las
propiedades originales de sus componentes.
Las mezclas se caracterizan por presentar diversas composiciones, es decir, las sustancias que las constituyen
pueden encontrarse en distintas cantidades. Otra característica de las mezclas es la facilidad para separar sus
componentes originales. Por eso se dice que las mezclas se separan por métodos físicos, en los que suelen
implicarse algunos tipos de energía. La composición de las mezclas varía ampliamente debido a que cada
componente retiene sus propiedades. Sin embargo, gracias a ello se pueden separar los componentes originales de
la mezcla.
Existen dos tipos de mezclas. Una, en la que se pueden distinguir con facilidad los rasgos de las
sustancias que forman la combinación, lo que implica que la apariencia de la mezcla no es
uniforme. En este caso se ha formado una mezcla heterogénea. La distribución de sus partículas
no es uniforme, y por lo tanto la composición en todos sus puntos no es la misma, por ejemplo el
granito o una ensalada de frutas. Se pueden presentar en estado sólido, líquido o gaseoso.
Por el contrario, cuando se mezclan sustancias de modo que la apariencia final de la
combinación de sustancias no permite distinguir fácilmente algunas propiedades originales
(aunque siguen existiendo) o bien las sustancias que las forman, entonces la combinación es
una mezcla homogénea. Sus partículas están colocadas de manera uniforme y su composición
se mantiene constante en cualquiera de sus partes. Por ejemplo, el azúcar en agua, el aire y
latón. Al igual que las mezclas heterogéneas las mezclas homogéneas se pueden presentar en
estado sólido, líquido o gaseoso. Sin embargo, la mayoría de las mezclas homogéneas son
líquidas y se conocen como soluciones.
En Química se denomina sistema a una porción del Universo que se aísla para su estudio, sistemas que pueden ser
homogéneos y heterogéneos.
Un sistema homogéneo es aquél que posee idénticas propiedades físicas en toda su extensión debido a que sus
constituyentes, por su composición y estructura interna, se encuentran uniformemente mezclados entre sí. Por lo
tanto, no se distinguen superficies de separación o fases entre sus constituyentes; por ejemplo el aire, el alcohol
mezclado con agua o una porción de sal disuelta en agua.
Un sistema heterogéneo es aquél que no es uniforme por completo, ya que presenta porciones con ciertas
propiedades físicas distintas, porciones limitadas por fases o interfases que difieren por su composición y estructura
interna; por ejemplo: lodo, conjunto agua-aceite, nube de polvo, mezcla de hierro, arena, agua y hielo.
Una porción físicamente distinta de materia que es uniforme en su composición y propiedades se llama fase.
Los materiales homogéneos consisten en una sola fase.
Los materiales heterogéneos consisten en más de una fase.
58
92 COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS
Nota. Debe observarse que en determinados casos no es fácil descubrir la naturaleza homogénea o heterogénea de
un sistema o de un cuerpo. Para que un sistema sea calificado como heterogéneo no es necesario que sus
constituyentes tengan distinta composición química. Así, un sistema de agua líquida y pedazos de hielo se considera
heterogéneo, a pesar de que el agua y el hielo tienen la misma composición química. En ciertos casos, para observar
la verdadera naturaleza homogénea o heterogénea se necesita recurrir a medios auxiliares de observación, como las
lupas y el microscopio; por ejemplo, en el examen de las finísimas partículas de arcilla en el agua turbia o la leche.
Métodos de separación de mezclas.
La separación de mezclas es una tarea fundamental de laboratorio y también del campo industrial, ya que en nuestro
planeta la mayoría de los materiales se encuentran mezclados y hay que purificarlos. La finalidad de la separación es
obtener sustancias puras a partir de mezclas, con un grado de pureza que permita aplicarse en la fabricación de
medicinas, alimentos y otros productos químicos de importancia para el ser humano. Algunas veces obtener una
sustancia pura implica una serie de purificaciones continuas hasta separar los componentes de la mezcla en sus
propiedades específicas.
Dado que en una mezcla se conservan las propiedades originales de las sustancias que la forman, es posible
recuperarlas por distintos métodos, utilizando diferentes técnicas, las cuales se basan en las propiedades físicas de
las sustancias como por ejemplo, el punto de ebullición, el punto de fusión y la densidad, entre otras. Dichos
métodos también dependen del tipo de mezcla (homogénea o heterogénea), así como del estado de agregación en
que se presentan.
A partir de esas propiedades, pueden plantearse métodos físicos de separación como los que se indican en la
siguiente tabla.
Método Propiedad
Centrifugación Fuerza centrífuga sobre las partículas más
densas
Cristalización Diferencia de solubilidad en disolventes fríos y
calientes
Cromatografía Diferencia de difusión de una sustancia a través
de otra fija
Decantación Diferencia de densidad, se utiliza cuando la
diferencia es muy evidente
Destilación Diferencia en el punto de ebullición
Evaporación Diferencia en el punto de evaporación de los
componentes de la mezcla
Extracción Diferencia en la solubilidad en dos disolvente
inmiscibles
Filtración Tamaño de la partícula y baja solubilidad
Imantación Propiedades magnéticas de los componentes
Sedimentación Diferencia de densidades
Sublimación Diferencia en el punto de sublimación
Tamizado Tamaño de las partículas en relación con el
diámetro de los orificios de la malla
En el caso de mezclas heterogéneas, algunos de los métodos de separación son los siguientes: sedimentación,
decantación, filtración, sublimación, centrifugación, magnetización o imantación. Las mezclas homogéneas se
pueden separar por los siguientes métodos: cristalización, evaporación, destilación y cromatografía.
59
93 BLOQUE 3
Las siguientes figuras ilustran algunos métodos de separación de mezclas:
Filtración
Destilación
Decantación
Imantación
Tamizado
Cromatografía
60
94 COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS
La mayoría de los materiales naturales se encuentran mezclados y hay que purificarlos para su aprovechamiento; así
que la separación de mezclas se vuelve una tarea fundamental para los químicos y se aplica en diversos procesos de
laboratorio o industriales. En la siguiente tabla se muestran algunas de sus aplicaciones.
Imágenes de planta de desalinización de agua de mar y obtención de sal a partir de agua de mar.
Método de separación Aplicación industrial
Centrifugación
Fabricación de azúcar. Separación de polímeros. Separación de
sustancias sólidas de la leche. Separación del plasma de la
sangre. En análisis químicos y de laboratorio (sangre, orina).
Separación de la miel de la cera del panal.
Cristalización Producción de azúcar, sal y antibióticos.
Cromatografía Separación de pigmentos y de proteínas. Obtención de
colorantes para cosméticos.
Decantación Separación del petróleo mezclado en agua de mar. Tratamiento
de aguas residuales. Separación de metales.
Destilación
Obtención de licores y de alcohol etílico de 96°
Extracción de aceites. Obtención de productos derivados del
petróleo.
Evaporación
Concentración de jugos de frutas. Obtención de la sal de mar y
de otras sales. Fabricación de leches concentradas.
Deshidratación de frutas.
Filtración Purificación o clarificación de la cerveza y del agua. Fabricación
de filtros de aire.
Sublimación
Purificación de ácido benzoico, purificación de azufre. Separación
de compuestos orgánicos. Fabricación de hielo seco.
Liofilización.
61
95 BLOQUE 3
Actividad: 3
En equipo con base en la explicación de su maestro y la lectura del tema “Elemento,
compuesto y mezcla”, completen las siguientes tablas. Pueden consultar otras fuentes de
información. Comparen sus respuestas con los otros equipos.
El ácido nítrico (HNO3) se utiliza en la producción de fertilizantes, colorantes, fármacos y explosivos. Calcule el pH
de una disolución de HNO3 cuya concentración de iones hidrógeno es 0.76 M.
pH= –log[H3O
+
]
pH= –log 0.76
pH= 0.1192
El pH del agua de lluvia, recolectada en cierta zona del noroeste de Estados Unidos durante cierto día, fue de
4.82. Calcule la concentración de iones H+
del agua de lluvia.
pH= –log[H3O
+
]
4.82=–log[H3O
+
]
Se multiplican ambos lados de la ecuación por –1:
–4.82=log[H3O
+
]
Aplicando la función inversa de logaritmo (antilogaritmo) la cual se expresa en la calculadora científica como 10x
entonces la concentración de hidrógeno se calcula de la siguiente forma:
H= 10–4.82
H= 1.5x10–5
Muchos procesos industriales dependen en gran medida del control del pH. Especialistas en refinerías de azúcar,
cervecerías, fábricas de papel, ingeniería sanitaria, bacteriología, necesitan conocer el conocer el comportamiento de
los ácidos y bases. Los procesos en los que la regulación del pH es crítica, son los vitales.
94
128 COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS
Evaluación
Actividad: 2 Producto: Resolución de
problemas Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Determina el carácter de una
solución con base en el pH.
Calcula el pH de soluciones
acuosas.
Aplica con seguridad las
operaciones para calcular pH.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Actividad: 2
Resuelve los cálculos solicitados en cada uno de los siguientes casos.
Calcula el pOH para las siguientes sustancias: sangre, leche, vinagre, saliva y leche de
magnesia e indica si son sustancias ácidas o básicas. Utiliza los datos de la tabla que se
encuentra en la página 125.
Calcula el pH para una solución de amoniaco NH3 1 M.
Calcula [H3O
+
] y [OH–
] para soluciones que tienen los siguientes valores de pH y pOH:
a) pH= 2
b) pOH=9
c) pH=2.8
d) pOH=4.8
95
129 BLOQUE 3
Reacciones de neutralización y titulación.
A diario se vive en presencia de compuestos que son ácidos y otros que son bases. Los ácidos presentes en limones,
naranjas y manzanas verdes. Uno de los aderezos para las ensaladas es el vinagre (ácido acético). Los ácidos son de
gran valor no sólo para usarlos en pequeñas cantidades y dar un toque ácido a los alimentos, sino también porque
evitan que microorganismos dañen los alimentos y la salud.
El bicarbonato de sodio (base) en pequeñas cantidades se utiliza para ablandar los granos. En el baño se utilizan
jabones y champús que contienen pequeñas cantidades de bases para eliminar las grasas del cuerpo y cabello.
Algunos productos comerciales de limpieza contienen amoníaco (base) y otros contienen ácidos como el clorhídrico.
Para destapar cañerías se usan productos que contienen hidróxido de sodio (base). Para limpiar hornos se aplican
productos que contienen hidróxido de aluminio (base). Estos productos de limpieza deben ser manipulados con
mucho cuidado y jamás deben mezclarse. El estómago produce ácido clorhídrico para digerir los alimentos. Durante
la respiración también se generan pequeñas cantidades de ácido carbónico. Mientras se hace ejercicio se produce
ácido láctico, el mismo que contiene la leche.
El pescado al descomponerse produce aminas, unas bases de olor muy
desagradable, las cuales al agregársele jugo de limón que contiene ácido cítrico,
quedan neutralizadas y adiós olor. Las bacterias pueden descomponer los azúcares
y producir ácidos que dañan el esmalte dental y producen caries.
Algunas pastas de dientes contienen carbonato de calcio y bicarbonato de sodio
(bases) que las neutraliza. Algunos shampoo contienen ácido cítrico para evitar la
acción de las bases sobre los ojos, el cabello y la piel. Como se observa, una base
puede neutralizar a un ácido y un ácido a una base.
Si se tiene una muestra de vinagre y se quiere saber la concentración o cantidad de ácido acético presente en la
muestra. Se mide el volumen de ésta y se agrega el volumen necesario de una solución de hidróxido de sodio (de
concentración conocida) para que reaccione con el ácido acético (neutralización). Dado que se conoce la ecuación
de la reacción que tiene lugar y el volumen y concentración de la solución de hidróxido de sodio utilizada, será posible
determinar la cantidad de ácido acético mediante cálculos estequiométricos.
El proceso experimental para determinar la concentración, es un método químico conocido como valoración ácido-
base. Por medio de una bureta se miden cuidadosamente las cantidades de una base estándar (de concentración
conocida) y se coloca el ácido desconocido en el matraz que contiene el indicador. Cuando la neutralización
completa alcanza el llamado punto final de la valoración, se observa un cambio bien marcado de color en el indicador
ácido-base. Por el volumen medido de la base de concentración requerida para la neutralización completa, se puede
calcular la concentración de la muestra de ácido, lo mismo se puede hacer si la muestra de concentración
desconocida es una base
96
130 COMPRENDE LA UTILIDAD DE LOS SISTEMAS DISPERSOS
Para determinar la concentración de un ácido o de una base se titulan con soluciones valoradas (0.1 N usualmente) de bases como el NaOH o ácidos como HCl La titulación se basa en la reacción de neutralización. En el punto final de
la titulación, el número de equivalentes de ácido es igual al número de equivalentes de base añadidos. De aquí resulta
la expresión:
# Equivalentes de ácido = # Equivalentes de base
NaVa=NbVb
se mide Va y Vb y conociendo las normalidades de Na o Nb se puede calcular la otra concentración.
Na= normalidad de la base.
Nb= normalidad del ácido.
Va= volumen de ácido.
Vb= volumen de base.
Para conocer el momento en el que se da la neutralización se agrega un indicador apropiado para que en el momento
del viraje del color se detenga el proceso de añadir volumen de la solución de concentración conocida. Ese momento
de neutralización también se puede detectar mediante el uso del potenciómetro.
Cálculos.
Se necesitaron 25 mililitros de NaOH 0.1N para neutralizar 12.5 ml de disolución de HCl. Encuentre la concentración
del HCl.
Datos:
Nb= 0.1 N NaOH NaVa=NbVb
Vb= 25 ml Na=NbVb
Va= 12.5 Va
Na= x Na = (0.1 n) (25 ml)
12.5 ml
La concentración del HCl es de 0.2 N
97
131 BLOQUE 3
Cierre
Evaluación
Actividad: 3 Producto: Cuestionario. Puntaje:
Saberes
Conceptual Procedimental Actitudinal
Define: ácido y bases. Argumenta la importancia de los
ácidos y bases, en su vida diaria.
Valora la importancia y utilidad
de las sustancias ácidas y
básicas en su vida.
Autoevaluación
C MC NC Calificación otorgada por el
docente
Actividad: 3
Con base en lo revisado en esta secuencia responde lo que se solicita a continuación.
Define ácidos y bases por su modo de acción con el agua.
Define ácidos y bases según los conceptos de Bronsted-Lowry y de Lewis.
Explica la importancia de las sustancias o soluciones ácidas y básicas en tu vida diaria.
¿Por qué es necesario conocer el pH de los soluciones?