“PARA SABER MAS”
Actividad
10. Mezclas, compuestos y elementos químicos.
La materia forma todo lo que nos rodea, y
ya vimos que en la Tierra podemos encontrarla en tres estados físicos: sólido,
líquido y gaseoso. En general, las sustancias que encontramos en la naturaleza
y que usan las personas, se encuentran en forma de mezclas, como ocurre, por
ejemplo, en los minerales y en el agua de mar. A través de algunos métodos y
técnicas, los seres humanos hemos aprendido a separar las distintas partes de
las mezclas y obtener sustancias puras: compuestos como el agua o elementos
como el oxígeno.
Observe la siguiente actividad
¿Qué líquido apareció en la pared exterior
del recipiente?
agua
¿Dé donde proviene?
de la
temperatura del hielo.
Si alguien vive en un lugar muy seco y
caluroso, tal vez no se deposite ningún líquido en las paredes del recipiente.
En ese caso, ¿qué es lo que falta en el aire de su comunidad que hace que esté
tan “seco”?
el frio
Lea las respuestas a sus compañeros y
compañeras.
Estados de agregación de la materia
En la cocina tenemos ejemplos de sustancias
que se ven y se comportan de manera muy distinta, de acuerdo a su estructura y
propiedades. Observe las figuras de la derecha.
Esta
actividad funciona mejor en lugares húmedos. ¿Por qué?
¿En qué forma o estado físico se encuentra el
agua en cada figura?
liquida-vaso, solida-hielo
¿Tiene eso
algo que ver con la temperatura? ¿Por qué?
si el calor separa las moléculas del solido
(hielo) y a si se forma el agua y a mas temperatura se separan aún mas las
moléculas y se forman en estado gaseoso.
Toda la materia está formada por pequeñas
partículas llamadas átomos y moléculas, que se unen entre sí a través de
fuerzas. A estas fuerzas se las conoce como fuerzas de cohesión, y a medida que
las fuerzas son mayores, más cerca se encuentran las partículas unas de otras.
Cuando las partículas se compactan, se tiene una sustancia en estado sólido,
por ejemplo, un trozo de metal o un cristal de azúcar. Cuando la temperatura
aumenta, la movilidad entre las partículas es mayor y disminuyen las fuerzas de
cohesión, por lo que la materia se transforma en estado líquido y, si la
temperatura sigue aumentando, finalmente en gaseoso. Si coloca un vaso con
hielo, puede observar el agua presente en el aire condensarse sobre el vidrio.
Al bajar la temperatura, hay un cambio de fase de vapor a líquido. Cada estado
de la materia tiene propiedades distintas que lo caracterizan. Los sólidos
tienen forma propia, volumen fijo y no fluyen.
Los líquidos
tienen volumen fijo, pero su forma depende del recipiente que los contiene y
prácticamente no se pueden comprimir. Los gases no tienen forma ni volumen
fijos, ya que las fuerzas de cohesión molecular son pequeñas y permiten que las
moléculas se encuentren separadas, desordenadas y con gran movimiento.
El azufre,
el alcohol y el gas butano son ejemplos de sustancias puras en los tres estados
de agregación.
Ponga a prueba sus conocimientos
Arrastre cada dibujo según el estado de
agregación que corresponda. Anote un ejemplo de sustancia que pudiera ser
representada por cada ilustración, a temperatura ambiente.
Sobre
como influyen la presión y la temperatura en las transformaciones física de la
materia. Lea en su Antología, "Transformaciones del estado físico de la
materia".
Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas
En su cocina se pueden encontrar y preparar
sustancias con aspecto y textura muy distintos. Por ejemplo: en la siguiente
imagen tenemos diferentes recipientes uno con agua de tamarindo, otro con
vinagreta para ensalada y otro con un poco de leche de magnesia. Observe las tres
sustancias. ¿Cómo son cada una?
Ejemplo de
mezclas heterogéneas.
Mezcla heterogénea Semejanza Diferencia
Agua de
tamarindo liquida espesa
Vinagreta
liquida olor desagradable
Leche de
magnesia liquida aguada
Intercambie sus respuestas con sus compañeros
y compañeras y enriquezca su lista de semejanzas y diferencias.
COMUNIDAD
Las mezclas existen en abundancia a nuestro
alrededor. Si se ponen en contacto dos o más sustancias distintas y entre ellas
no ocurren cambios químicos, se tiene una mezcla. Hay mezclas en todos los
estados de agregación, por ejemplo, el aire es una mezcla en estado gaseoso; el
agua potable lleva disuelto aire y sales, es una mezcla; una roca formada por
distintos minerales es un ejemplo de mezcla en estado sólido. Según su aspecto
y propiedades, las mezclas se separan en homogéneas y heterogéneas. La palabra
homogéneo indica que la mezcla es uniforme en todas sus partes, o que se ve
igual en toda la muestra, como ocurre con el agua que lleva sal o azúcar disueltas.
Una mezcla es heterogénea si se puede distinguir una separación entre sus
componentes, como ocurre con una emulsión de aceite en agua.
Sobre este tema, revise en su Antología la
lectura:“Tipos de mezclas y métodos físicos de separación” (III.5)
Realice el experimento 10, de su Manual de
experimentos.
El aire, una mezcla invisible
El aire es una mezcla de gases cuyos
componentes no podemos distinguir mediante los sentidos. Entre los distintos
tipos de gases que forman el aire puro, ¿cree que haya alguno que sea tóxico
para los seres vivos? Justifique su respuesta.
si por que el aire tiene varios elementos
que son malos aparte de los comunes .
Lea la respuesta a sus compañeras y compañeros,
a su asesor o asesora y comenten qué entienden por aire puro y por aire
contaminado. Lleguen juntos a una conclusión y anótela.
el aire puro-es el oxigeno que no es dañino
para la salud
el aire
contaminado-es el que tiene mas elementos toxicos como es el doxido de
carbono
La atmósfera es la capa de gases que rodea
la Tierra, de ella depende toda la vida en el planeta, incluso la acuática. Los
seres humanos podemos vivir cerca de un mes sin comida; sobrevivimos sin agua
unos pocos días, pero sin aire morimos en minutos. A nivel del mar, los
principales componentes del aire puro son 78.1% de nitrógeno (N2), 20.9% de
oxígeno (O2), 0.9% de argón (Ar) y 0.03% de dióxido de carbono (CO2).
El aire es
la disolución de varios gases en nitrógeno. La composición porcentual de cada
componente se observa en esta gráfica.
En los
incendios forestales, naturales o provocados, se liberan enormes cantidades de
dióxido de carbono que enrarecen el aire.
Hoy en día nos parece muy fácil reconocer
que el aire es una mezcla de gases transparentes, inodoros e incoloros, pero a
los filósofos y científicos les costó gran trabajo demostrarlo. Mientras que en
Mesoamérica, en el territorio que hoy en día conocemos como México, el Imperio
Azteca llegaba a un periodo de gran esplendor previo a la conquista española,
en Europa, el artista y filósofo italiano Leonardo da Vinci (1452-1519) fue el
primero en sugerir que el aire contenía por lo menos dos gases. Él encontró que
“algo” en el aire era responsable de mantener la viveza de una hoguera y daba
también la posibilidad de vida a los animales y a los seres humanos: “Donde la
flama no puede vivir, ningún animal con aliento lo hará”, dijo. Esto sembró la
inquietud y la búsqueda de otros científicos, pero fue hasta 1772, pocos años
antes de la Revolución Francesa y en los años finales de la Colonia Española en
América, que el científico sueco Carl Wilheim Sheele (1742-1786) publicó un
libro en el que describía cómo podía separarse el aire en distintos gases, y
que sólo uno de los gases mantenía encendida la flama de una vela. Hoy sabemos
que ese gas es el oxígeno.
Ponga a prueba sus conocimientos
La contaminación del aire es un problema
que puede afectar tanto a comunidades urbanas como a rurales. Averigüe las
acciones que se han tomado en las grandes ciudades y en las comunidades rurales
para reducir la emisión de agentes contaminantes en el aire. Basándose en esta
información, elabore un cuestionario y aplíquelo entre sus vecinos y familiares
en donde les pregunte de qué manera están colaborando para reducir la
contaminación del aire en su comunidad. (Recuerde que la tala de árboles es
nociva porque se reduce la aportación de oxígeno al aire, y que la quema de
madera y de todo tipo de combustibles genera dióxido de carbono que se libera
al ambiente y lo contamina.) Al término, comente las respuestas con sus
compañeros y compañeras y a continuación anote una conclusión.
Es bueno que en las ciudades algan algo por
reducir la contaminacion como rentas de bicicletas y transportes
ecologicos.
El agua, un compuesto extraordinario
Si colocamos un cubo de hielo en un vaso
casi lleno de agua, pero evite que se derrame. ¿Qué cree que sucederá cuando el
hielo se derrita? ¿Se derramará el agua o no?
se derramara el agua por que el liquido
aumenta.
Espere media hora y vuelva a observar el
vaso. ¿Se derramó el agua?
si
¿Cómo explica lo sucedido?
se aumento el agua por que el hielo
contiene mas agua cuando se separa
Comente con sus compañeros y compañeras,
asesor o asesora lo que observó y escriba un texto de conclusión.
que el agua cuando se derrite es mas por
que las molecuas se separan y ocupan mas espacio
Durante siglos se pensó que el agua era un
elemento químico, ya que ningún método químico de transformación lograba
separar al agua en los que, hoy sabemos, son sus dos componentes: hidrógeno y
oxígeno. El agua no se descompone, salvo a temperaturas mayores de 2 500°C; sin
embargo, el descubrimiento de la electricidad hizo posible que con el paso de
corriente continua, y en condiciones especiales, el agua se separara en los dos
gases que la forman. Esto parece fácil hoy en día, pero hace tan sólo 250 años
era imposible de realizar. El agua es, sin duda alguna, el líquido más
importante sobre el planeta, ya que constituye entre el 60% y el 90% del peso
de los organismos vivientes y cubre tres cuartas partes de la superficie terrestre.
Desde siempre ha tenido una gran importancia para la vida es indispensable para
cultivar y preparar alimentos, para la higiene y con ella la salud; la
industria la utiliza como medio de enfriamiento y de generación de vapor; para
el drenaje de desperdicios y para el control de los incendios, entre otras
muchas aplicaciones.
El agua es
indispensable para llevar a cabo todas nuestras actividades.
Es una sustancia que conocemos en sus tres
estados de agregación (sólido en hielo, líquido y gas en el vapor). Su densidad
es menor en el estado sólido que en el líquido, por lo que el hielo,
contrariamente a lo que podría esperarse, flota en el agua. Las temperaturas de
fusión y de ebullición son muy altas; otra característica muy particular es su
alta capacidad calorífica, una propiedad que le permite almacenar grandes
cantidades de calor sin aumentar mucho su temperatura, por eso se puede usar
agua caliente para mantener calientes otras cosas. Como forma disoluciones con
muchas sustancias, al agua se le llama “disolvente".
El agua, por
sus propiedades, disuelve el detergente, el azúcar y el limón, y mantiene
calientes los alimentos.
Sobre los compuestos que se disuelven en el
agua, revise en la Antología la lectura:“Solubilidad y concentración”
(III.6).
El oxígeno, un elemento vital
¿Qué pasa con el aire de un lugar cerrado y
con mucha gente?
disminuye el oxigeno
¿Qué componente indispensable del aire se
empieza a agotar transcurrido algún tiempo?
oxigeno
¿Por qué?
por el consumo.
COMUNIDAD
Lea las respuestas a sus compañeras y
compañeros, y escriban alguna experiencia que hayan tenido relacionada con este
tema.
El oxígeno es un elemento muy importante
que se encuentra tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre. Se trata
de un elemento, ya que es una sustancia básica de la materia que no se puede
descomponer en otras más simples por métodos físicos o químicos. Participa en
miles de cambios químicos y bioquímicos que suceden constantemente a nuestro
alrededor, desde la indispensable respiración de los seres vivos, como la
oxidación y corrosión de los metales, hasta la quema de combustibles, entre
otros. Forma una gran cantidad de compuestos, tanto con metales como el hierro,
el aluminio o el calcio, como con no metales como el carbono, el hidrógeno y el
nitrógeno. El oxígeno existe en el aire en forma de molécula diatómica, es
decir, como O2, y también hay otra forma física en la que se encuentra este
elemento: el O3, llamado gas ozono. El ozono es un alótropo del oxígeno, en
este caso, en lugar de tener dos átomos unidos formando una molécula, ahora
tenemos tres con lo que sus propiedades físicas y químicas son diferentes,
aunque, afortunadamente, en mucha menor cantidad, ya que es nocivo para los
seres vivos.
Durante
muchos siglos, los estudiosos no tenían los conocimientos, instrumentos ni
procedimientos adecuados para contestar a la pregunta: ¿Qué pasa cuando algo se
quema? Una de las explicaciones erróneas más aceptada establecía que las cosas
se quemaban porque contenían una sustancia que llamaban “flogisto”. Según sus
seguidores, el “flogisto” no se podía ver, pero se desprendía misteriosamente
de la materia durante la combustión. Fue el científico Antoine de Lavoisier,
después de haber medido la masa de metales limpios y bien pulidos, y luego de
repetir la operación con metales oxidados, quien notó que los metales oxidados
pesaban más. Él interpretó este hecho como si algo del aire se depositara sobre
los metales y pensó que algo equivalente debía pasar en el fenómeno de la
combustión de la madera u otros materiales que se quemaban. Así descubrió que
uno de los gases del aire, el oxígeno, era necesario para reaccionar con los
materiales combustibles y formar nuevas sustancias, con la consecuente
liberación de luz y calor de una combustión.
Sobre los óxidos metálicos y no metálicos,
así como sobre algunos efectos de la combustión, entre al menú y en la
Antología lea “Productos derivados del oxígeno y de la combustión” (III.7).
Como casi todo ser vivo, los peces
necesitan oxígeno para respirar; pero dentro del agua, ¿de dónde lo toman?,
¿cómo lo hacen? El oxígeno que respiran no es el que forma parte de la molécula
de agua. El oxígeno se encuentra disuelto en el agua en concentraciones
variables y de la misma manera que podría estar disuelto el dióxido de carbono
en un refresco, y los peces lo toman a través de sus branquias. Los factores
que determinan la formación de la mezcla líquido-gas son la superficie de
contacto del agua con el aire y la temperatura del agua, ya que los gases se
disuelven mejor en los líquidos a bajas temperaturas.
Sobre las diferencias entre los elementos,
los compuestos y las mezclas, entre al menú y en la Antología lea “Sustancias
puras” (III.8).
La materia se presenta principalmente en
tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Cada uno de ellos depende de
qué tan grandes son las fuerzas de cohesión entre las moléculas o átomos que
los conforman. Los cambios de fase o estado de sólido a líquido y de líquido a
gas, ocurren cuando la temperatura aumenta hasta un punto donde el movimiento
de las partículas es tal que las fuerzas de cohesión se rompen.
La mayoría
de los materiales del planeta no se encuentran en estado puro, es decir casi
siempre se tienen dos o más componentes; en algunos casos la apariencia es la
de una sola substancia, como en el agua potable, entonces es una mezcla
homogénea, cuando los componentes son distinguibles se trata de una mezcla
heterogénea.
El aire es
un ejemplo de mezcla gaseosa homogénea necesaria para los seres vivos. En los
últimos tiempos, la quema de combustibles en cantidades crecientes ha
contaminado de tal manera la atmósfera que está provocando un cambio climático.
El agua es
un compuesto con propiedades físicas extraordinarias: altos -para su
composición química- puntos de fusión y ebullición, una alta capacidad
calorífica y el hielo flota en el agua líquida. La solubilidad de una substancia
en otra depende principalmente de la temperatura. La concentración es la medida
de la cantidad de solvente en cierta cantidad de soluto, y puede expresarse en
porcentaje de masa o de volumen.
El oxígeno
que respiramos es un ejemplo de elemento químico. Es muy abundante en la
corteza terrestre y forma numerosos compuestos, de los cuales destacan los
óxidos básicos y los óxidos ácidos. Estos últimos forman ácidos cuando se
combinan con agua, por lo que producen la lluvia ácida.
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Experimento 10
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Mezclas homogéneas y heterogéneas
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La mayor parte de la materia de nuestro planeta
se encuentra en forma de mezclas. Es decir, esta materia es la combinación de
dos o más sustancias que permanecen juntas, pero mantienen sus propiedades
originales. Cada una de las sustancias que forman una mezcla recibe el nombre
de componente.
Una forma de clasificar las mezclas es en
homogéneas y heterogéneas. Una mezcla homogénea está formada por diferentes
componentes que no se perciben a simple vista y forman una sola fase. Si se
toman muestras en diferentes zonas de la mezcla, la proporción de sus
componentes es similar. Por ejemplo: el vinagre es la mezcla de ácido acético
en agua; el aire está formado por diferentes gases; las aleaciones están
constituidas por diferentes metales; y el agua de mar se forma de sales
minerales y otros sólidos disueltos en el agua.
En las mezclas homogéneas o disoluciones al
componente que está en mayor cantidad se le denomina disolvente y al (o a
los) que se encuentra(n) en menor proporción se le(s) denomina soluto(s).
En una mezcla heterogénea se distinguen
fácilmente los componentes o las diferentes fases que la forman. Las
propiedades varían en diferentes puntos de la muestra, como ocurre en una
ensalada, una sopa de pasta, la tierra y la madera.
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Aprender a distinguir las mezclas homogéneas de las mezclas
heterogéneas.
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- Una cucharadita de sal.
- Un vaso con agua.
- Un vaso con agua de limón.
- Un vaso de refresco con gas.
- Un puñado de arroz.
- Un puñado de frijoles.
- Una taza de frijoles cocinados con caldo.
- Agua.
- Un recipiente para remojar el arroz.
- Un pocillo u otro recipiente pequeño para calentar agua.
- Una estufa o parrilla eléctrica.
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1.
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Observe las sustancias y anote su estado de
agregación (sólido, líquido o gaseoso) en el cuadro correspondiente de la
hoja de respuestas.
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2.
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Agregue la sal al vaso con agua y agítela durante
un minuto. Tome nota de su apariencia.
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3.
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Coloque la mitad del arroz en un recipiente y
agregue agua hasta cubrirlo, después agítelo con la cuchara y describa la
apariencia de esta mezcla.
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4.
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Mezcle el resto del arroz con los frijoles crudos
y tome nota de su aspecto.
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5.
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Observe cuidadosamente el interior del pocillo y
posteriormente agregue agua sin llenarlo. Póngalo a calentar hasta que se
evapore toda el agua y observe de nuevo el interior del pocillo.
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6.
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No olvide registrar sus observaciones.
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1.
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En la siguiente tabla anote el estado de
agregación de las sustancias y si considera que se trata de una sustancia
pura o de una mezcla. Justifique sus respuestas.
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2.
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Apariencia del agua con sal.
¿Se distinguen los componentes originales? ¿Cómo detectaría la presencia de
la sal?
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Proponga una forma de separar los componentes de
la mezcla
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3.
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Apariencia del arroz con agua.
¿Cómo explica el aspecto y la consistencia del líquido?
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4.
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Apariencia de la mezcla del arroz seco y de los
frijoles crudos.
Proponga un método para separar los componentes de esta mezcla.
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Apariencia del interior del pocillo después de
evaporar el agua.
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5.
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¿Detecta alguna diferencia? De ser así, ¿cómo la
explica?
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6.
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Observe de nuevo todas las sustancias y, de
acuerdo a los resultados del experimento, clasifíquelas como sustancias
puras, mezclas homogéneas o mezclas heterogéneas.
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7.
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Revise las anotaciones que hizo en la tabla del
punto 1 de este apartado y compárelas con las de la tabla anterior.
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¿Detecta diferencias? ¿Cómo las explica?
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1.
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Explique lo que concluye de la realización de
este experimento.
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Las mezclas en la comida
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En nuestra vida cotidiana tenemos contacto con
mezclas como la leche, el queso, la mantequilla, la mayonesa, el merengue,
las pinturas líquidas, la piedra pómez, el spray, las gelatinas, etcétera. A
este tipo de mezclas se les conoce como coloides.
En los coloides, al componente que se encuentra
en mayor cantidad se le denomina fase dispersora y en lugar de soluto se
utiliza el término de fase dispersa. Las partículas que forman la fase
dispersa tienen un tamaño aproximado de 10 a 10 000 veces mayor que el de los
átomos o moléculas de la fase dispersora. La composición de la leche varía
según el mamífero que la produce. Por ejemplo, la composición aproximada de
la leche de vaca es la siguiente:
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La leche es un coloide que contiene pequeñas
partículas de grasa dispersas en agua. Esto es posible gracias a la presencia
de la caseína, la proteína más abundante en la leche, la cual actúa como
emulsificante.
Un emulsificante es una sustancia que permite que
la grasa y el agua entren juntas y no se separen.
Además, en la leche el agua actúa como disolvente
de la mayoría de los sólidos no grasos, como son la lactosa (azúcar de la
leche), las sales minerales (fosfatos, citratos, y lactatos de potasio y
calcio) y algunas proteínas (albúminas y globulinas).
En la mayonesa, el aceite se dispersa en el agua
a través de la yema de huevo que actúa como emulsificante. El uso de
emulsificantes, como la caseína en el caso de la leche, resulta muy útil en
nuestra vida cotidiana.
Por ejemplo, cuando lavamos los trastes o las
herramientas de trabajo pretendemos retirar de ellos la grasa o la mugre,
para después enjuagarlos, pero la mugre y la grasa no son solubles en agua.
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¿Cuál será el propósito de utilizar el jabón?
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¿Por qué el tallar la ropa o las herramientas
garantiza un mejor lavado?
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¿Se cumplió con el propósito de este
experimento? ¿Por qué?
Explique si los resultados que obtuvo de este
experimento son útiles en su vida cotidiana.
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Al término del mismo, se puede concluir que:
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a)
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Los materiales se encuentran en distintos estados
de agregación.
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b)
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Cuanto más grandes y visibles son los componentes
de la mezcla más fácil es separarlos.
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c)
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En las disoluciones no pueden distinguirse los
componentes y forman una sola fase que no se puede filtrar.
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d)
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Existen distintos tipos de mezclas y muchas son
sustancias de uso cotidiano.
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Sustancias puras
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En la naturaleza, casi toda la materia se
encuentra en forma de mezclas. Una mezcla es la unión física de varias
sustancias puras. Para determinar las propiedades de una sustancia, los
científicos deben tenerla en estado puro. Por ello, deben separar las
sustancias que están en una mezcla, mediante métodos físicos que no alteran
la naturaleza de las sustancias.
Sustancia pura es
aquella en la cual toda sus partes son iguales, es decir, tienen la misma
composición y, por tanto, tienen las mismas propiedades físicas y químicas.
Ejemplos de sustancias puras son el hidrógeno, el oxígeno, el agua, el
alcohol, el nitrógeno, el amoniaco, la sal, el azúcar, el éter, el oro, la
plata, el mercurio y el cobre.
Los elementos son sustancias formadas por
átomos iguales. Debido a ello, un elemento no se puede descomponer en otras
sustancias.
Ejemplos de elementos son: el oro (Au), el cobre
(Cu), la plata (Ag), el oxígeno (O2), el hidrógeno (H2),
el nitrógeno (N2), el azufre (S8), el sodio (Na), el
aluminio (Al), el yodo (I), etcétera.
Los compuestos son sustancias formadas por
elementos diferentes en proporción definida. Los compuestos se pueden
descomponer en sustancias más sencillas por métodos químicos.
Ejemplos de compuestos son: el agua (H2O),
la sal (NaCl), el azúcar (C12H22O11), el
alcohol (CH3CH2OH), la glucosa (C6H12O6),
la sosa (NaOH), el amoníaco (NH3), entre muchos otros.
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En la
vida cotidiana usamos el término agua pura como sinónimo de agua potable. En
un texto breve explique por qué esto es incorrecto para la Química.
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