miércoles, 10 de octubre de 2012

LA MATÈRIA









APUNTS DE FÍSICA I QUÍMICA (esquema dels principals conceptes explicats a classe):
- Significat dels conceptes de gravetat i inèrcia.
- Concepte de massa: ens indica la quantitat de matèria d'un sistema.
- Concepte de fase: regió dun sistema físic en el qual hi ha les mateixes propietats i composició. Exemples: tenim en un got aigua i gel. L'aigua i el gel són fases del sistema (fase sòlida i fase líquida).
L'aigua i el gel tenen diferent densitat. En una solució d'aigua i sucre en excés tenim dues fases: una de diluïda i una de concentrada (fase líquida, la solució, fase sòlida, el sucre dipositat al fons del recipient).

Quadre homogènia heterogènia.

Activitats  fetes a classe: classifica com a matèria homogènia o heterogènia:
arena i agua, sofre, arena i sal, oli, aigua i oli, aire, gel fonent-se, aliatge de metalls, solució de sal en aigua, ferro, salfumant, lleixiu, formigó, alcohol i aigua, una peça de bronze, gasosa, or, vapor d'aigua condensant-se, aigua salada, diòxid de carboni, llet, sang, petroli, gasolina.

Quadre de substàncies pures i mescles.

Exemples de propietats característiques: densitat, punt de fusió, punt d'ebullició
Exemple de composició invariable: l'aigua pura té sempre la mateixa composició (en massa 89 per cent d'oxigen, 11 per cent d'hidrogen).

Nota: les substàncies pures són homogènies, excepte quan estan experimentant un canvi d'estat, com per exemple, el gel fonent-se.

Activitats: classifica com a substàncies pures i mescles les anteriors (feta a classe).

Concepte de solució, dissolvent, solut. Les quantitats relatives de solut s'expressen amb el concepte de concentració. La fase final d'una solució sols coincidir amb la del dissolvent. Exemple: aigua i sucre (no saturada); la fase final de la solución és líquida.

Exemples de solucions (s-s, s-l, etc., indica l'estat d'agregació dels components per separat):

s-s   aliatge
s-l    aigua salada
s-g   naftalina en aire
l-s    mercuri i or
l-l      aigua i alcohol
l-g    aire amb humitat.
g-s    hidrogen en platí o en pal·ladi.     
g-l     oxigen en aigua, diòxid de carboni en aigua.
g-g    aire

Com distingir una solució d'una substància pura?: utilitzant les propietats característiques. Exemple: aigua i sal, aigua destil lada. Les propietats de la solució d'aigua i sal no son fixes, ja que depenen de la quantitat de solut i dissolvent.

Tipus important de mescla heterogènia: les dispersions col·loidals, en elles necessitem l'ajuda d'un microscopi per a distingir-ne les fases (el formigó no seria una dispersió col·loidal, la llet sí).
Les dispersions tenen dues fases:
Fase dispersa: la que està en menor proporció, és discontínua. Exemple, gotetes de greix dins de la llet.
Fase dispersant: la que està en major proporció, és contínua. Exemple, l'aigua en la llet.
Les dispersions presenten l'efecte Tyndall: els raigs de llum es dispersen quan travessen la dispersió ja que xoquen amb les partícules que formen la fase dispersa. Això fa que les dispersions siguen opaques o translúcides, mentre que les solucions són transparents.


Altra diferència entre solució i dispersió col·loidal: grandària de les partícules dissoltes, 0,001 micrometres a 0,1 micròmetres. En les solucions, la grandària de les partícules és inferior a 0,001 micròmetres.


EXEMPLES DE DISPERSIONS COL·LOIDALS:
(s-s, s-l, s-g, etc. indiquen respectivament l'estat de la fase dispersa i de la fase dispersant) 
s-s    pedres precioses (robí)
s-l     pintura
s-g    fum (aerosol sòlid)
l-s     formatge, gelatina, mantega.
l-l      maionesa, crema cosmètica, gel de bany, llet.
l-g     boira, esprais (aerosols líquids)
g-s    merenga, escuma de poliuretà
g-l     escuma de cervesa, nata
g-g


ACTIVITATS DILLUNS 15 D'OCTUBRE:
1)     En aquestes solucions identifica solut i dissolvent (en alguns casos hauràs de cercar informació sobre la composició): aire, bronze, llautó, aigua salada, oxigen en aigua, naftalina en aire.
2)     Identifica el nombre de fases dels sistemes següents: clorur de sodi, aire, granit, aigua i sal (sense saturar), aigua i sal (excés de sal), midó en aigua (el midó és insoluble), oli, oli i aigua, aigua que canvia d'estat.   Indica també quines de les anteriors substàncies són pures, quines són mescles heterogènies i quines són solucions.
3) Llig l'apartat corresponent a les dispersions i indica si les següents afirmacions son vertaderes o falses:
- Les partícules de la fase dispersa tenen diàmetres superiors a 0,000001 m.
- Són transparents.
- Les fases es distingeixen a simple vista.
- Tenen propietats i composició fixa.
- No són substàncies homogènies.

4) Classifica com a substància pura, mescla homogènia (solució), mescla heterogènia o dispersió col·loidal.
Salfumant, lleixiu, bicarbonat de sodi (hidrogencarbonat de sodi), vi, líquid netejavidres, escuma d'afeitar, salsa de mostassa, pasta dentifrícia (gel), mantega, gelatina, gel de bany, alcohol de farmàcia, glucosa, arena, aigua destil·lada, aigua d'un manantial, pintura, fum.

TEORIA VISTA EL DILLUNS 15


Comentari: amb filtres ordinaris és molt difícil separar la fase dispersa d'una dispersió col·loidal, necessitem utilitzar ultrafiltres (amb porus més fins que els filtres habituals). També pot utilitzar-se centrifugació a altes velocitats.
Exemple: separació de les proteïnes de la llet.

Concepte de solució saturada, insaturada.
Solució no saturada: podem afegir més solut, i aquest es dissol.
Solució saturada: arriba un oment en que el solut ja no es pot dissoldre.
Les solucions no saturades poden ser diluïdes o concentrades. En les diluïdes la relació entre la quantitat de solut i la de dissolvent és baixa; en les concentrades aquesta relació és alta (ja estudiarem com expressar la concentració).
Concepte de solubilitat: màxima concentració de solut que es pot dissoldre en una quantitat fixa de dissolvent a una temperatura determinada.
Exemple: a 25ºC la solubilitat del NaCl és de 40 g en 100 g d'aigua.
Què passa si? Mesclem 50 g amb 100 g d'aigua,    20 g en 100 g d'aigua, 60 g amb 100 g d'aigua, 30 g en 80 g d'aigua   80 g en 250 mL d'aigua
Solubilitat dels sòlids: augmenta amb la temperatura. Sucre aigua freda/calenta.
Solubilitat dels gasos: disminuiex amb la temperatura. Aigua calenta, menys oxigen.

 MÈTODES DE SEPARACIÓ DE MESCLES:  es basen en diferències en algunes propietats físiques característiques de les sustàncies que componen aquestes mescles.

Vam explicar: FILTRACIÓ, EVAPORACIÓ, DECANTACIÓ, CENTRIFUGACIÓ, DESTIL·LACIÓ SIMPLE

De forma esquemàtica vam vore:

MÈTODE: tipus de mescla en què s'utilitza; propietat en què es basa; material; exemple de mescla.

FILTRACIÓ: sòlid insoluble-líquid; diferència de grandària entre les partícules; filtre de paper, embut, erlenmeier; arena i aigua, encenalls de fusta (serrill) i aigua.
EVAPORACIÓ: sòlid (insoluble o no)- líquid; temperatura d'ebullició; vas de precipitats, encenedor, reixeta; sal i aigua.
DECANTACIÓ: sòlid insoluble-líquid, líquids immiscibles; densitat; vas de precipitats, embut de decantació; arena i aigua, oli i aigua.
CENTRIFUGACIÓ: sòlid-líquid (per exemple en mescles en què és molt difícil fer una separació per decantació, o tardaríem molt de temps); la densitat; centrifugadora; components de la sang.

CRISTALITZACIÓ: mescla de sólids; diferències en la solubilitat, i en la variació de la solubilitat amb la temperatura; vas de precipitats i dissolvent; nitrat de potassi amb NaCl.    

Procediment: afegir aigua calenta (poca quantitat). Refredar. Al principi es dissolen els dos compostos. Al baixar la temperatura, la solubilitat del KNO3 disminueix fins que la solució es satura d'aquest compost (la solubilitat del NaCl és constant). El nitrat en excés apareix com a fase sòlida (cristalls) al fons del recipient, mentre que NaCl continua dissolt.

DESTIL·LACIÓ SIMPLE: líquids de diferent temperatura d'ebullició; temperatura debullició; equip de destil·lació (matràs, termòmetre, tub refrigerant, col·lector); alcohol i aigua.



Activitats per al dimarts 16:
1) Fes un diagrama de fletxes en el qual expliques com separar una mescla de NaCl, arena i àcid esteàric. Nota: l'àcid esteàric és insoluble en aigua però soluble en etanol. NaCl és soluble en aigua.
2) Explica els mètode/s per a separar: sucre i vidre en pols (insoluble en aigua), oli i aigua, alcohol i aigua (volem una separació prácticamente completa), midó i aigua (el midó és insoluble), sulfat de coure amb impureses (el sulfat és soluble en aigua),


TEORIA:

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA: s'utilitza per a separar líquids amb diferent temperatura d'ebullició. És una variant de la simple però millorada. S'acopla al matràs de destil·lació una columna de fraccionament, amb boles de vidre. Es produexien de forma succesiva al llarg del tub la condensació i vaporització del líquid. Equival a un conjunt de destil·lacions simples. El vapor que ascendeix cada vegada es més ric en el component més volàtil. Exemple de mescles que es separen amb aquest mètode: components de l'aire, petroli.

CROMATOGRAFÍA: es basa en la diferente capacitat que tenen els components d'una mescla de adherir-se a una superfície al ser arrossegats per una fase mòbil (adherència i solubilitat). Exemple: components d'una tinta, separació d'aminoàcids... Material: fase mòbil alcohol, fase estacionària paper, vas de precipitats.

ELEMENTS I COMPOSTOS
Les substàncies pures poden ser de dos tipus: els elements, que són les substàncies pures més senzilles que existeixen, i els compostos, que són substàncies pures que poden descomposarse per mitjà de procediments químics en altres substàncies més senzilles.
Els elements no més tenen present en la seva composició un tipus d'àtom.
Els compostos tenen present més d'un tipus d'àtom.

DIFERÈNCIES ENTRE MESCLA I COMPOST
Els compostos es formen per la combinació química dels elements (no confondre compost amb mescla, no són la mateixa cosa).
En un compost no podem separar els elements que el componen utilitzant els mètodes de separación de mescles.
Un compost, com substància pura que és, té composición fixa, la mescla no.
Un compost té propietats fixes, una mescla no.
Exemple: temperatures de canvi d'estat. En un compost (a una pressió donada) es mantenen fixes. En una mescla canvien.


MÈTODES DE SEPARACIÓ DE COMPOSTOS
Descomposició tèrmica
Electròlisi

PROBLEMA:
Tenim una mescla de dues substàncies pures sòlides diferents (les dues del mateix aspecte) dins d'un vas de precipitats. Ens han dit que una d'elles és una substància simple.
Afegim aigua destil·lada i agitem. Després observem que al travessar la llum la mescla formada es translúcida (mostra 1). A continuació fem pasar el contingut del vas per un ultrafiltre, i obtenim una fase líquida transparent (mostra 2) i un residu sòlid (mostra 3).
  1. Quin tipus de substància és la mostra 1? Quantes fases té?
  2. Després de fer la ultrafiltració, quin tipus de substància pot ser la mostra 2?
  3. I la mostra 3?
Després calfem suaument la mostra 2 en un vas de precipitats, de forma que obtenim un residu sòlid (mostra 4).
d) Una vegada fet aquest assaig, podem afirmar que la mostra 2 era una ____________ mentre que la mostra 3 i la 4 poden ser un ________________ o un _________________.
Finalment fem un últim assaig (per separat) sobre les mostres 3 i 4. Calfem les dues a alta temperatura. La mostra 3 no canvia, mentre que la 4 forma un sòlid negre i un gas.
d) Quin tipus de substància és la mostra 3? Serà soluble en aigua?
e) Quin tipus de substància és la mostra 4? Serà soluble en aigua?
f) Quin assaig alternatiu podríem haver utilitzat al calfament de les mostres 3 i 4?
g) Proposa algún mètode per a esbrinar la naturalesa de la substància present a la mostra 3.
h) Dibuixa un diagrama de fletxes que explique l'esquema d'anàlisi utilitzat.

2) L'indicador universal consisteix en unamescla de diferents substàncies colorants dissoltes en etanol.
  1. Com podries separar els colorants?
  1. Com separaries l'etanol?
  1. Com comprovaries que el líquid que has obtingut és etanol?

3) Indica V o F:
  1. Una substància pura sempre és una substància simple.
  1. Les substàncies simples són substàncies pures.
  1. Els compostos poden tindre composició variable.
  1. Un compost es pot descompondré en substàncies més senzilles.
  1. Un compost sempre es descompón donant lloc a substàncies simples.