Procesos físico químicos en la vida moderna Desempeños




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fecha de publicación28.10.2016
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Desarrollo




La materia



Materia es todo aquello que existe en la naturaleza y cuya característica fundamental es presentar masa y volumen, a pesar de que en algunos casos bola podamos ver, por ejemplo, el aire tiene más a así no lo sintamos pesado encima de nosotros. Todo lo que existe en el universo es materia, el cuerpo y la ropa que llevamos puesta es materia. Sin embargo la materia está constituida por partículas muy pequeñas, incluso de menor tamaño que una célula, que reciben el nombre de átomos. Estas partículas se unen unas con otras y forman objetos y los cuerpos que conocemos. En una sesión posterior estudiaremos el átomo y su estructura.

2.Mapa de conceptos clasificación de la materia: https://lh3.googleusercontent.com/-4JOyMEgiMtQ/UJVCtyr_7jI/AAAAAAAAHw8/5f9ENEM0xH4/s603/clasificamateria.png


La materia como lo observamos en el mapa conceptual anterior, se puede clasificar de acuerdo al estado de agregación o según su aspecto a simple vista de la siguiente manera:
Según el estado de agregación se clasifica en sólido, líquido y gaseoso. Cada uno de estos estados presenta características físicas especiales, entre las cuales se destaca la energía cinética y la distancia inter molecular presente en las moléculas o Átomos que la constituyen.

Átomos y moléculas



Recuerden que los átomos son las partículas más pequeñas que constituyen la materia, los cuales al unirse a través de uniones químicas, forman las moléculas de las sustancias que conocemos. Los átomos de acuerdo a su estructura se clasifican en diferentes elementos químicos, los cuales aparecen referenciados en lo que conocemos como la tabla periódica de los elementos. Ejemplo de ellos son el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y el carbono.

3.Imagen tabla periódica Nota: en lo posible como esta donde se muestran los usos de los elementos



Como lo observamos en la tabla, cada elemento de acuerdo a sus propiedades, es utilizado en diferentes aparatos o invenciones de uso diario.
Si unimos químicamente en proporciones determinadas al oxigeno, el hidrógeno y el carbono podemos conformar una molécula de glucosa (azúcar) que se representa a través de la formula química C6H12O6. En esta fórmula se muestra que la molécula de azúcar, está conformada por 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno.

4.Modelo del átomo



En el grafico se observa uno de los modelos (construcción mental para explicar la forma y estructura interna del átomo, ya que no se cuenta actualmente con aparatos que permitan observar un átomo en su constitución) del átomo, en donde la esfera céntrica se conoce como núcleo, y las esferas más pequeñas giran alrededor de este en órbitas elípticas. Este es el modelo formulado por el físico Rutherford en 1911, pero en la actualidad se cuenta con modelos más sofisticados, resultados de la experimentación científica.

5.Modelo de una molécula


En el grafico de la molécula de glucosa podemos observar la unión química de los átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno.

En conclusión


Las sustancias químicas están conformadas por átomos ó moléculas. Los átomos son tipos de elementos y los encontramos representados en la tabla periódica. Las moléculas resultan de la unión química de dos o más átomos.

Los estados de la materia



Las distancias inter moleculares o inter atómicas, se refiere a la distancia que existe entre los átomos o entre dos moléculas que constituyen un material. La energía cinética se refiere a la energía de los cuerpos que se encuentran en movimiento, que consumimos en sesiones anteriores, está aumenta al incrementarse la temperatura, es decir que las moléculas se mueven o vibran a mayor velocidad incluso en los sólidos, al aumentar la temperatura.

6.Estados de la materia

http://www.artinaid.com/wp-content/uploads/2013/02/La-Materia.gif
Como se observa en la gráfica en el estado sólido las moléculas representadas por las esferas, se encuentran unidas y su movimiento es casi nulo. En el estado líquido las moléculas se encuentran más separadas, y lo que permite un mayor movimiento. En el estado gaseoso la molécula se encuentran aún más separadas (mayores espacios inter moleculares) y el movimiento de sus partículas es mucho más acelerado (mayor energía cinética). Estos cambios generalmente obedecen a modificaciones de la temperatura, de tal manera que un incremento de esta hace que los sólidos se conviertan en líquidos y los líquidos en gases. Es decir que el aumente la temperatura genera una elevación en la energía cinética de las partículas alavesa que hace que éstas se alejen aumentando las distancias inter moleculares. Una disminución en la temperatura, por lo tanto, traerá un efecto secundario, convirtiendo un gas en líquido y un líquido en un sólido. Cada uno de estos cambios de estado tiene un nombre específico como lo muestra la figura:

7.Cambios de estado



Estos cambios de estado son denominados cambios físicos, porque en no involucra el cambio en la composición química de las sustancias, sino simplemente un estado de agregación. Los cambios químicos se caracterizan entonces porque cambia la composición química de las sustancias y por lo tanto sus propiedades químicas y físicas también cambian.

Cuando se combina dos sustancias para formar una mezcla, por ejemplo agua y sal, cambian las propiedades físicas del agua y de la sal, como lo es el sabor, el punto de ebullición, la conductividad eléctrica, pero no sus propiedades químicas, es decir que los compuestos químicos al mezclar agua y sal, no cambian.

Cambio físico y cambio quimico



8.Mapa conceptual cambios de la materia



A partir del esquema estudien las diferencias entre cambio químico y físico, propongan unos ejemplos adicionales y socialícenlo con el docente y el resto de la clase

Sustancias homogéneas y heterogéneas



Volviendo al mapa conceptual anterior, no se indica que la materia está constituida por sustancias homogéneas y sustancias heterogéneas. En una sustancia homogénea no se distinguen los componentes de esta. Pueden estar constituidas por una mezcla de varias sustancias, las cuales se disuelven entre sí, o también pueden estar constituidas por una sola sustancia, la cual puede ser una molécula o un átomo. Tengan en cuenta que en el grafico las moléculas son denominadas compuestos y los Átomos, son denominados elementos. Las sustancias o mezclas heterogéneas, están constituidas por la combinación de dos o más sustancias, las cuales se pueden observar por separado, por ejemplo cuando se mezclan agua y aceite, quedando una capa superior de aceite y una capa inferior de agua.

Repasen un poco


Realice en una lectura del siguiente mapa de conceptos, tratando de definir cada uno de los aspectos allí mencionados

9.Mapa de conceptos http://3.bp.blogspot.com/_bLmlzZtAVec/S9cA_s4PK6I/AAAAAAAAAEw/S6TNBx1UWXs/s1600/MAPA+CONCEPTUAL+DE+LA+MATERIA-copia.jpeg



Propiedades de la materia



La materia tiene propiedades generales y particulares. Las propiedades generales son aquellas que son comunes a todas las sustancias. Las propiedades específicas, como su nombre lo indica, son propias de cada sustancia de acuerdo a su composición.

Propiedades generales



Masa: es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Para medir la masa se utiliza una balanza.
Volumen: el volumen nos indica la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.
Temperatura: la temperatura de un cuerpo es una propiedad General de la materia que se mide con el Termómetro. La unidad en la que se mide la temperatura es el grado centígrado (°C).

Propiedades específicas



Densidad: en sesiones anteriores estudiamos que la densidad es la relación matemática entre la masa y el volumen. Su expresión matemática es D=M/V
Punto de ebullición: se llama punto de ebullición a la temperatura que un líquido y hierve. Esta temperatura no depende de la cantidad de líquido que tengamos, depende de la naturaleza del líquido.
Punto de fusión: se llama punto de fusión a la temperatura que un sólido pasa a líquido. Esta temperatura tampoco depende de la cantidad del sólido que tengamos.
Conductividad eléctrica: algunos materiales conducen la corriente eléctrica y se llaman conductores, y otros no conducen la corriente eléctrica y se llaman aislantes.
Conductividad térmica: se define como la capacidad para conducir el calor. Los materiales que conducen el calor se llaman conductores térmicos, y los que no se denominan aislantes térmicos.
Otras propiedades específicas son
Dureza: Es la resistencia que presenta un sólido a ser rayado. El material más duro es el "diamante" y el menos el "talco".
Tenacidad: Es la oposición que presenta un cuerpo sólido al fraccionamiento (rotura).
Maleabilidad: Propiedad por la cual los metales se pueden transformar hasta láminas.
Ductibilidad: Propiedad por la cual los metales se pueden transformar hasta alambres o hilo.
Brillo: Propiedad por la cual un cuerpo refleja la luz.
Elasticidad: Es la capacidad que presentan algunos sólidos para recuperar su forma original una vez que deja de actuar la fuerza que los deformaba. (Los cuerpos que no recuperan su forma se llaman "cuerpos plásticos").
Viscosidad: Es la resistencia que presenta los fluidos en su desplazamiento. Esta dificultad disminuye al aumentar la temperatura. 

Para recordar

Realicen un alto en el desarrollo de esta sesión y dialoguen sobre las definiciones de las propiedades intensivas contenidas en los recuadros

10.Propiedades físicas



PARA RECORDAR


A partir del esquema realicen un repaso sobre los estados de la materia y sus características

11.http://3.bp.blogspot.com/-YtjzLHbrzNc/UOEYtUgIMQI/AAAAAAAAAS8/XEHT8KV697I/s1600/ESQUEMA+-+ESTADOS+DE+LA+MATERIA.jpg



Las mezclas



Las mezclas son la combinación de dos mas sustancias, pero que no pierden su composición química. La mayoría de los productos alimenticios, de aseo, entre otros, son mezclas de varias sustancias. A su vez, las sustancias químicas en la naturaleza por lo general no se encuentran puras, sino haciendo parte de una mezcla, por lo cual para su aprovechamiento se hace necesario separarla de la mezcla que la contiene. Es por esto que el hombre ha tenido que crear diferentes mecanismos físicos y químicos para poder aislar un producto y aprovecharlo para el uso humano. A estos mecanismos se les ha dado el nombre de métodos de separación de mezclas.

Los tipos de mezclas y su separación


A continuación estudien el mapa conceptual y respondan:
Las mezclas se clasifican en homogéneas y heterogéneas, ¿Cuáles son las diferencias entre ellas?, formulen algunos ejemplos de cada una.

12.Mapa conceptual mezclas




En el mapa anterior se puede notar que las mezclas homogéneas pueden ser liquidas (disoluciones) o solidas (aleaciones). ¿Cómo se forma una aleación y una disolución?

Métodos de separación de mezclas



Como observamos en el mapa conceptual anterior los métodos de separación de mezclas son procesos físicos por los cuales se pueden separar los componentes de una mezcla, ya sean homogéneas o heterogéneas. El método a utilizar se define de acuerdo a las características de los componentes de la mezcla. Este proceso de separación somete la mezcla a un tratamiento que la divide al menos en dos de los componentes que la forman sin que cambien sus propiedades químicas. Las características físicas que se aprovechan para separar los componentes ser una mezcla son por ejemplo la solubilidad, el tamaño, la densidad y el punto de ebullición. Los métodos de separación de mezclas más comunes son:
Filtración: es un método que separa sólidos de líquidos utilizando una malla que permite atrapar en ella los sólidos insolubles (que no se disuelven), dejando pasar solamente el líquido con las sustancias que se encuentren disueltas en el, por ejemplo al separar arena y agua podemos utilizar una malla o filtro el cual atrapa la arena y deja pasar solamente el agua.

13.Filtración http://portalacademico.cch.unam.mx/materiales/al/cont/exp/qui/qui1/u1/mezclas/img/xsepa02.png.pagespeed.ic.1JakaGo-2l.png

Evaporación: este método de separación es utilizado para separar en mezclas homogéneas un sólido insoluble y no volátil (que no se evapora) de un líquido. El método consiste en calentar la mezcla para permitir que el líquido se evapore y quede en el fondo del recipiente solamente el sólido que estaba disuelto, ya que éste a diferencia del líquido no se puede evaporar. Ejemplo de esto es la mezcla de sal y agua, en donde al calentar la mezcla se evapora el agua y queda en el recipiente la sal que estaba disuelta en ella.

14.Evaporación: http://2.bp.blogspot.com/_oNnvsDcDXAc/SRncaC5ut6I/AAAAAAAAAC0/N5WbtcVbKoo/s400/Disolucion.bmp



Decantación: este método separara mezclas heterogéneas resultado de la combinación de dos sustancias insolubles, a partir de su diferencia de densidad, lo cual permite que la sustancia más densa, la cual puede ser sólida o líquida, se decante (se deposite en el fondo) y la sustancia menos densa quede suspendida encima de ella. Ejemplo de esto es la separación del agua y el aceite, los cuales no son solubles, y al mezclarlos se puede observar que el agua que era en el fondo del recipiente y el aceite se ubica encima del agua. Cuando el procedimiento se hace en el laboratorio se puede utilizar un embudo de decantación el cual es un recipiente de vidrio que en su parte inferior tiene una llave de paso, el cual permitirá que al abrir la llave, salga en primera instancia solo el agua, teniendo la oportunidad de cerrar la llave cuando está haya salido totalmente, quedando en el interior del embudo solamente el aceite, el cual se encontraba en la parte superior de la mezcla.

15.Decantación: http://1.bp.blogspot.com/_If3PXWwLMQg/S1Rxf5RnGTI/AAAAAAAAAF4/gwlqmuKsosc/s320/Decantaci%C3%B3n.png



Destilación: es un método de separación de mezclas homogéneas formadas por dos líquidos, a partir de su diferencia en los puntos de ebullición. Recuerden que el punto de ebullición es la temperatura la cual el líquido se convierte en un gas. El procedimiento consiste en calentar la mezcla hasta la menor temperatura de ebullición de los dos líquidos. De esta manera, si se mantiene constante la temperatura, solamente se evapora del líquido de menor punto de ebullición. La sustancia en estado gaseoso se hace pasar a través de un condensador, el cual es un aparato que maneja temperaturas bajas permitiendo que el gas caliente recién evaporado se enfríe y se transforme en un líquido (proceso denominado condensación). El proceso se muestra en el siguiente gráfico

16.Destilación: http://2.bp.blogspot.com/-bQ2CZy9Wh1M/TcSJDBnvbmI/AAAAAAAAAQ4/q1hoGdUtg74/s1600/destilacion3.jpg


Obtención de los derivados del petróleo


La destilación fraccionada es un proceso utilizado en la refinación del petróleo; su objetivo es separar sus diversos componentes mediante calor, como se representa en el siguiente esquema.


Si en la torre de destilación se daña el sistema de calentamiento, impidiendo llegar a temperaturas superiores a 250°C, se esperaría separar
A. aceites ligeros y diesel.

B. diesel y gasolina.

C. gasolina y queroseno.

D. aceites pesados y parafina.
Disolución: es un proceso de separación de mezclas conformadas por dos sólidos, donde uno de ellos debe ser soluble en un líquido disolvente, por ejemplo agua, y el otro debe ser insoluble. El procedimiento consiste en aplicar a la mezcla de los dos sólidos un líquido que permita disolver a uno de los dos, y posteriormente a través de un proceso de filtración, poder separar el sólido que no se disolvió. Por ejemplo en la mezcla de arena y sal, es posible separar la arena de la sal agregando agua que permita disolver la sal, y posteriormente separar la arena por filtración.

Aplicaciones en la vida diaria


A partir de lo estudiado completen la siguiente tabla indicando el método de separación empleado en el proceso de la vida cotidiana que se describe.


Actividad de la vida diaria

Método de separación empleado

Colar el jugo de fruta después de licuarlo




Dejar quieta el agua cuando esta embarrada para dejar que el barro de deposite en el fondo




Malla colocada en la bocatoma de un acueducto para retener los sólidos (hojas, basura, etc.)




Producción de sal en la guajira, la cual se logra construyendo piscinas en la playa a las cuales se les vierte agua de mar y se espera que el sol evapore el agua




Maya o zaranda utiliza por los constructores para sacar la grava(piedras de gran tamaño) de la arena




Separación del agua que viene mezclada con el petróleo luego de sacada del pozo, dejando la mezcla quieta en grandes estanques.






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