UNIVERSIDAD El agua como eje integrador NACIONAL DE en la ...

MAESTRIA EN ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES

UNIVERSIDAD

NACIONAL DE

COLOMBIA

El agua como eje integrador en la enseñanza del tema disoluciones: Una experiencia con población rural.

AUTOR: FERNANDO ACUÑA VELÁSQUEZ.

QUÍMICO UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA.

DIRECTORA: LILIAM A. PALOMEQUE F.

QUÍMICA, MR. SC., DR. SC. DOCENTE DEPARTAMENTO DE QUÍMICA.

FACULTAD DE CIENCIAS

Correo: [email protected]

GUÍA DEL

ESTUDIANTE

Contenido III

Contenido

Pág.

Introducción……………………………………………………………………………… 1 1. Marco Disciplinar…………………………………………………………………... 2 1.1. El Agua…….…………………………………………………………………… 2 1.1.1. Ciclo Hidrológico…………………………………………………….. 2 1.1.2. Usos del Agua………………………………………………………... 4 1.1.2.1. Usos Consuntivos…………………………………………. 4 1.1.2.2. Usos no Consuntivos……………………………………... 4 1.1.3. Propiedades del Agua………………………………………………. 5 1.1.3.1. Compuestos Iónicos en Agua……………………………. 8 1.1.3.2. Compuestos Moleculares en Agua……………………… 9 1.2. Mezclas………………………………………………………………………… 9 1.3. Propiedades Físicas de las Disoluciones……………………………….. 10 1.3.1. Cambios de Energía y Formación de Disoluciones……………. 11 1.4. Factores que Afectan la Solubilidad……………………………………… 13 1.4.1. Interacción Soluto-Disolvente……………………………………… 13 1.4.2. Efecto de la Presión………………………………………………….. 13 1.4.3. Efecto de la Temperatura……………………………………………. 15 1.5. Formas de Expresar la Concentración…………………………………… 16 1.5.1. Porcentaje en masa…………………………………………………... 16 1.5.2. Fracción Molar, Molaridad y Molalidad…………………………… 17 Guía 1: Ambientación y Saberes Previos del Agua…..…………………………... 19 Guía 2: Usos del Agua………………………………………………………………….. 22 Guía 3: Ebullición del Agua……………………………………………………………. 25 Guía 4: Tensión Superficial del Agua………………………………………………... 32 Guía 5: Humectación del Agua……………………………………………………….. 36 Guía 6: Capilaridad del Agua………………………………………………………….. 42 Guía 7: Acción Disolvente del Agua…………………………………………………. 45 Guía 8: Disoluciones y Coloides……………………………………………………… 48 Guía 9: Energía y Formación de Disoluciones…………………………………….. 53 Guía 10: Factores que Afectan la Solubilidad……………………………………… 56 Guía 11: Formas de Expresar la Concentración de una Disolución…………… 59 Bibliografía……..………………………………………………………………………… 62

IV Título de la tesis o trabajo de investigación

Introducción

En esta unidad didáctica se pretende que el estudiante se acerque al concepto de

disolución a través del estudio de algunas propiedades del agua y la identificación de los

usos más comunes de la misma.

Para lograr esto se plantean situaciones problémicas enlazadas al concepto disolución

química, con la intención de incrementar y desarrollar las habilidades, actitudes y

destrezas, propias del quehacer científico y del comportamiento social del estudiante.

Se pretende por otro lado que los estudiantes al desarrollar las actividades valoren, y

sean conscientes de los usos que dan al agua como recurso natural y vital, también se

pretende que se deje de ver el agua como una molécula constituida por dos átomos de

hidrógeno y uno de oxígeno, sino que se tenga en cuenta las propiedades importantes

que hacen de este un compuesto especial.

2 El agua como eje integrador en la enseñanza del tema disoluciones: Una

experiencia con población rural.

1. MARCO DISCIPLINAR

1.1 El Agua

El agua es una de las sustancias más importantes en la Tierra, sin embargo, el 97% del

agua es salada y se encuentra en los océanos, los cuales cubren dos tercios de la

superficie de la Tierra. El agua dulce solo es el 3%, y de este porcentaje, el 2% no es de

fácil acceso pues se encuentra en estado sólido, formando capas de hielo y glaciares.

Así el agua que encontramos en lagos, ríos, en la humedad atmosférica, en el suelo, en

la vegetación y en el subsuelo representa solo el 1% del total.

1.1.1 Ciclo Hidrológico

Se denomina ciclo hidrológico al movimiento general del agua, ascendente por

evaporación y descendente primero por las precipitaciones y después en forma de

escorrentía superficial y subterránea. En este ciclo el agua se evapora por acción de la

energía solar, esta evaporación se da de los cuerpos de agua (océanos, ríos, lagos, etc.),

y por la transpiración de las plantas y árboles. La evaporación del agua se incrementa

por el aumento de la radiación solar, la velocidad del viento, la vegetación y la humedad

del suelo, y se reduce a medida que aumenta la humedad del aire.

Una vez en la atmosfera, el vapor de agua se enfría a medida que se eleva

condensándose en gotitas de agua para formar nubes, cuando una nube está lo

suficientemente saturada, precipita y el agua vuelve a la tierra, las precipitaciones

pueden ser de diversas formas, entre ellas, lluvia, granizo, nieve. Así se continúa el ciclo

hidrológico.

Al precipitar el agua puede caer al océano o al suelo, si se deposita directamente en el

océano, regresa directamente al ciclo por evaporación. Sin embargo el agua que llega al

suelo regresa al ciclo de formas diversas:

Algo del agua puede alojarse en la superficie del suelo y quedar retenida en

depresiones, esto se conoce como almacenamiento en lagunas o lagunaje, volviendo

al ciclo en gran parte por evaporación.

Guía del estudiante 3

Escorrentía. Esta puede darse por tres procesos: superficial, hipodérmica y

subterránea. La escorrentía superficial se da cuando el agua de lluvia, o el agua

producida por fusión de la nieve se desliza sobre la superficie del terreno hasta

alcanzar un océano. La hipodérmica, hace referencia al agua que logra infiltrarse

pero que se queda en una profundidad cercana a la superficie y escurre por esta

parte. La subterránea es el agua que logra llegar a la zona saturada y que con el

paso del tiempo puede alcanzar un cuerpo de agua superficial.

Absorción. Se refiere al agua que las plantas toman del suelo para llevar a cabo sus

funciones, este líquido pasa de nuevo a la atmósfera por la transpiración

(SANCHEZ, 2011).

Figura 1.1: Ciclo hidrológico

Ilustración tomada de (ESCOLER, DOMINGUEZ, & MARTINEZ, 2006)



1.1.2 Usos del Agua Los usos del agua pueden ser clasificados de la siguiente manera:

1.1.2.1 Usos Consuntivos

Los usos consuntivos son aquellos que consumen o extraen el agua de su fuente de

origen y no regresan de forma inmediata al ciclo del agua. Los usos consuntivos más

frecuentes son:

Usos agropecuarios: Entre un 12 % y un 18 % de las tierras de cultivo del mundo

están irrigadas, lo que supone una demanda de agua del 72 % del total extraído.

Para poder producir 2,2 libras de arroz se necesitan alrededor de 2000 litros de agua,

mientras que 2,2 libras de algodón requiere cuatro veces más. Las demandas de

agua para irrigación varían de unas zonas del planeta a otras. En ello influyen

factores como el clima, pero también el grado de desarrollo tecnológico y económico

de los países, así como el empleo racional de agua en los cultivos.

Usos urbanos y domésticos: Actividades como la higiene personal, la preparación

de alimentos, el lavado de los platos y la ropa, o el uso del inodoro, requieren por

término medio el 5 % de la extracción mundial del agua. Si a esto añadimos la

limpieza de las calles y otros usos municipales, la cifra asciende a un 7 %.

Usos industriales: La demanda de agua para las industrias supone un 23 % del

total. Ésta se usa como disolvente, agente de limpieza y es también utilizado como

humidificante esencial en el tratamiento y teñido de tejidos

(HONDUPALMA & SNV, 2011).

1.1.2.2 Usos no Consuntivos

A diferencia de los usos consuntivos, el agua no se remueve de su ambiente natural, sólo

se utiliza. Los usos no consuntivos pueden ser descritos por ciertas características del

agua o por los beneficios que proporcionan al ecosistema; y se pueden clasificar de la

siguiente manera:


Transporte: para la navegación fluvial, es decir por ríos u océanos, son necesarios

varios requisitos, como un caudal mínimo y una profundidad del cauce que posibilite

la circulación de barcos. Por otro lado, las esclusas de obras hidráulicas como las

presas, garantizan agua suficiente a lo largo de un tramo de cauce en cualquier

época del año, pero han llegado a alterar el curso de muchos ríos en todo el mundo.

La energía hidroeléctrica: aprovecha la energía potencial acumulada en el agua

para producir energía eléctrica; ésta es una utilización del agua genuinamente no

consuntiva, está a escala mundial, supera el 18 % de toda la energía usada en el

mundo.

El agua como hábitat: alberga gran cantidad de especies animales y vegetales que

forman parte de los ecosistemas asociados a ríos y humedales. Las obras hidráulicas

realizadas para mejorar el uso humano del agua afectan de forma negativa a esos

ecosistemas. (HONDUPALMA & SNV, 2011)

1.1.3 Propiedades del Agua.

Elevada fuerza de adhesión y cohesión: los puentes de hidrogeno mantienen

fuertemente unidas la moléculas de agua, formando una estructura compacta casi

incompresible. También existen fuerzas de unión a otros compuestos diferentes al

agua pero polares. Estos fenómenos de cohesión y adhesión respectivamente

generan propiedades especiales como la tensión superficial, por lo que algunos

insectos pueden estar sobre el agua sin sumergirse, la capacidad humectante que

hace que el agua moje, y el fenómeno llamado capilaridad como ocurre en el

transporte a través de vasos cribosos y leñosos en plantas vasculares. Además al

no poder comprimirse puede funcionar como esqueleto hidrostático en algunos

animales (HERNÁNDEZ, 2010).

Alto calor específico: esta propiedad está relacionada con los puentes de

hidrógeno que se forman entre las moléculas de agua. El agua tiene un alto calor

específico (4180 J/kg.K), lo que significa que se necesita una alta energía para

aumentar su temperatura. Esta propiedad hace que el agua sea un excelente

moderador térmico, permitiendo por ejemplo, que el citoplasma acuoso sirva de



protección ante los cambios de temperatura. Esto es importante puesto que las

proteínas se descomponen por cambios bruscos de temperatura, produciendo

alteraciones en el metabolismo.

Por otro lado como la superficie de la Tierra está cubierta en su mayoría por agua,

la energía que viene del sol solo produce cambios muy pequeños en la

temperatura del planeta. El agua evita que la temperatura sea demasiado alta o

demasiado baja permitiendo de esta manera que exista vida

(HERNÁNDEZ, 2010).

Elevado calor de vaporización: el agua también tiene un alto calor latente de

evaporación (2257 kJ/kg), esto significa que hace falta suministrar mucha energía

para pasar el agua líquida al estado de vapor. Para evaporar agua se debe

primero romper los puentes de hidrógeno y posteriormente dotar a las moléculas

de agua con suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la fase

gaseosa. Esto hace que el agua permanezca en estado líquido en un amplio

rango de temperatura (0 ºC a 100 ºC). dentro de ese rango se encuentran las

temperaturas donde se desarrolla la vida siendo las óptimas entre 10 ºC y 40 ºC.

(HERNÁNDEZ, 2010).

Acción disolvente: Una de las propiedades más importantes del agua es la

habilidad para disolver variadas sustancias. Por ejemplo, la sal se disuelve en

agua cuando la agregamos para cocinar un alimento, el azúcar se disuelve

cuando lo agregamos al café. ¿Qué pasa cuando una sustancia se disuelve?,

para entender este proceso necesitamos considerar la naturaleza del agua. El

agua líquida consiste en una gran cantidad de moléculas de H2O. Individualmente

la molécula de H2O tiene forma de V donde el átomo central es el oxígeno y los

hidrógenos están unidos a él formando un ángulo de 104,5º


Figura 1.2: Molécula de agua

Figura tomada de (Chile, 2013)

Los enlaces H-O del agua son enlaces covalentes formados por electrones compartidos

entre el átomo de oxígeno y el de hidrógeno. Sin embargo, los electrones entre estos dos

átomos no están igualmente distribuidos, puesto que el oxígeno posee mayor atracción

por los electrones que el hidrógeno. Esto ocasiona que los átomos de oxígeno posean

una densidad de carga negativa, y los átomos de hidrógeno por el contrario posean una

densidad de carga positiva, como se muestra en la figura 1.2. Donde δ (delta) indica una

densidad de carga parcial (menor que una unidad de carga). Por esta inequidad de

distribución de carga, podemos afirmar que la molécula de agua es polar. Esta polaridad

hace que el agua tenga gran capacidad para disolver compuestos.

Cuando un sólido iónico se disuelve en agua, los iones positivos o cationes son atraídos

por las cargas negativas de las moléculas de agua, mientras que los iones negativos o

aniones son atraídos por las cargas positivas de las moléculas de agua. Este proceso es

conocido como hidratación. Las fuerzas fuertes entre aniones y cationes son

reemplazadas por interacciones fuertes agua-ion.

Es importante reconocer que las sustancias iónicas como las sales cuando se disuelven

en agua es como si se rompieran en sus iones y se comportaran como entidades

individuales, los cationes y los aniones. Por ejemplo el nitrato de amonio (NH4NO3), al

disolverse en agua presenta iones NH4+ y NO3

- moviéndose independientemente, este

proceso se puede representar de la siguiente manera:

( ) ( )→ ( )

( )

Donde (ac) significa que los iones están hidratados con un número no especificado de

moléculas de agua.

La solubilidad de las sustancias iónicas en agua varía dependiendo de la sal, por ejemplo

el cloruro de sodio (NaCl) es altamente soluble en agua. Por otro lado el cloruro de plata



(AgCl) es poco soluble en agua. Las diferencias en solubilidad dependen de las

atracciones relativas que poseen los iones de la sal y la afinidad que posean estos por

las moléculas de agua.

El agua también disuelve muchos compuestos no iónicos, el etanol (C2H5OH) por

ejemplo es muy soluble en agua. El vino, la cerveza y mezclas de bebidas, son

soluciones acuosas de etanol y otras sustancias. Se podría explicar esto observando la

estructura de las moléculas de etanol ya que estas poseen enlaces polares O-H los

cuales tiene gran afinidad por el agua.

Una evidencia de que esto ocurre es probando la conductividad eléctrica de las

disoluciones, puesto que el agua por si sola es un mal conductor de la corriente eléctrica,

al tener NaCl disuelto la formación de los iones permite que la corriente eléctrica fluya a

través de la disolución. Mientras que si realizamos la misma experiencia usando una

disolución de una sustancia molecular como la sacarosa, la corriente eléctrica no fluye.

A las sustancias que en disolución forman iones y por lo tanto conducen la corriente

eléctrica, se denominan electrólitos. Una sustancia como la sacarosa que no forma iones

en disolución se denomina no electrólito.

Muchas otras sustancias no se disuelven en agua. El agua pura no disuelve grasas

animales puesto que las moléculas de la grasa son no polares y por lo tanto no

interactúan con las moléculas polares del agua. En general las sustancias iónicas y

polares son más solubles en agua que las sustancias no polares. (ZUMDAHL &

ZUMDAHL, 2000).

1.1.3.1 Compuestos iónicos en agua

NaCl sólido consiste en iones Na+ y Cl- en una disposición ordenada. Cuando el NaCl se

disuelve en agua, cada ion se separa de la estructura sólida y se dispersa por la

disolución, Se dice que el sólido iónico se disocia en sus iones componentes al

disolverse.

El agua es muy buen disolvente de los compuestos iónicos. Aunque es una molécula

eléctricamente neutra, un extremo de la molécula (el átomo de O) es rico en electrones y

por tanto tiene una carga negativa parcial. El otro extremo (los átomos de H) tiene una


carga positiva parcial. Los iones positivos (cationes) son atraídos por el extremo negativo

del H2O, y los iones negativos (aniones) son atraídos por el extremo positivo. Al

disolverse un compuesto iónico, los iones quedan rodeados por moléculas de H2O. Este

proceso ayuda a estabilizar los iones en disolución y evita que los cationes y aniones se

recombinen. Además, dado que los iones y las moléculas de agua que los rodea están

libres para desplazarse, los iones se dispersan uniformemente en la disolución.

Casi siempre podemos predecir la naturaleza de los iones presentes en una disolución

de un compuesto iónico a partir del nombre químico de la sustancia. Por ejemplo, el

sulfato de sodio (Na2SO4) se disocia en iones sodio (Na+) e iones sulfato (SO42-).

(BROWN, 2004)

1.1.3.2 Compuestos moleculares en agua

Cuando un compuesto molecular se disuelve en agua, la disolución por lo regular

consiste en moléculas individuales dispersas en la disolución. Por ello, casi todos los

compuestos moleculares son no electrólitos. Por ejemplo, una disolución de metanol

(CH3OH) en agua consiste exclusivamente en moléculas de CH3OH dispersas en el

agua.

No obstante, hay unas cuantas sustancias moleculares cuyas disoluciones acuosas

contienen iones. Las más importantes de éstas son los ácidos. Por ejemplo, cuando el

HCl(g) se disuelve en agua para formar ácido clorhídrico, HCl(ac), se ioniza o disgrega

formando iones H+(ac) y Cl-(ac) (BROWN, 2004).

1.2 Mezclas

Casi toda la materia que nos rodea consiste de mezclas de sustancias. Cada sustancia

de una mezcla conserva su identidad química, y por tanto, sus propiedades. Mientras que

las sustancias puras tienen composición fija, la composición de una mezcla puede variar.

Una taza de café endulzado, por ejemplo, puede contener poca o mucha azúcar, las

muestras de aire recolectado en varias ciudades probablemente tendrán una

composición distinta debido a la diferencia de altitud y contaminación, entre otros

factores. Las sustancias que constituyen una mezcla (como azúcar y agua) se

denominan componentes de una mezcla.



Algunas mezclas, como la arena, las rocas y la madera, no tienen la misma composición,

propiedades y aspecto en todos sus puntos. Tales mezclas son heterogéneas. Las

mezclas que son uniformes en todos sus puntos son homogéneas. El aire es una mezcla

homogénea de las sustancias gaseosas nitrógeno, oxígeno y cantidades más pequeñas

de otras sustancias. Las mezclas homogéneas también son llamadas disoluciones.

(BROWN, 2004).

Cualquier mezcla ya sea homogénea o heterogénea, se puede formar y volver a separar

en sus componentes puros por medios físicos, sin cambiar la identidad de dichos

componentes. (CHANG, 2002).

En una disolución con dos o más componentes nos encontramos que su masa final es la

suma de las masas de las sustancias que intervienen, es decir hay una conservación de

la masa. Por otra parte no tiene por qué darse una conservación del volumen, pues las

partículas de una de las sustancias pueden introducirse en los espacios vacíos que dejan

libres las moléculas de la otra sustancia, de forma que el volumen final puede ser menor

a la suma de los volúmenes de los componentes. (POZO, GOMEZ, LIMON, & SANZ,

1991).

1.3 Propiedades Físicas de las Disoluciones

Debido a que la definición de una disolución es: una mezcla homogénea de dos o más

sustancias; no se restringe de ninguna manera la naturaleza de las sustancias

involucradas, por lo tanto se distinguen seis tipos de disoluciones dependiendo del

estado físico original (sólido, líquido o gaseoso) de los componentes. (CHANG, 2002)

Tabla 1.1: Tipos de disoluciones.

COMPONENTE 1 COMPONENTE 2 ESTADO DE LA

DISOLUCION RESULTANTE

EJEMPLOS

Gas Gas Gas Aire

Gas Líquido Líquido Bebida gaseosa, (CO2 en agua)

Gas Sólido Sólido H2 gaseoso en

paladio

Líquido Líquido Líquido Vino (etanol en

agua)

Sólido Líquido Líquido NaHCO3 en agua

Sólido Sólido Sólido Bronce, acero


Las disoluciones líquidas son las más comunes y de estas las disoluciones acuosas son

las que más se encuentran en la vida cotidiana.

Se forma una disolución cuando una sustancia se dispersa de manera uniforme en otra.

Con la excepción de las mezclas de gases, en todas las disoluciones intervienen

sustancias en fase condensada. Las moléculas o iones de las sustancias en los estados

líquido y sólido experimentan fuerzas de atracción intermoleculares que mantienen juntas

a las partículas individuales. Las fuerzas intermoleculares también operan entre las

partículas de soluto y las moléculas de disolvente.

Diferentes tipos de fuerzas intermoleculares pueden operar entre las partículas de soluto

y de disolvente en una disolución. Las fuerzas ion-dipolo, por ejemplo, dominan en las

disoluciones de sustancias iónicas en agua. En cambio, las fuerzas de dispersión

dominan cuando una sustancia no polar como el C6H14 se disuelve en otra no polar como

el CCl4. De hecho, un factor principal que determina si se forma o no una disolución es la

intensidad relativa de las fuerzas intermoleculares entre las partículas de soluto y de

disolvente.

Las disoluciones se forman cuando las fuerzas de atracción entre las partículas de soluto

y de disolvente son de magnitud comparable con la de las que existen entre las

partículas de soluto mismas o entre las partículas de disolvente mismas. Por ejemplo, la

sustancia iónica NaCl se disuelve fácilmente en agua porque la interacción atractiva entre

los iones y las moléculas polares del H2O sobrepasa la energía de red del NaCl(s).

(BROWN, 2004).

1.3.1 Cambios de energía y formación de disoluciones

El cloruro de sodio se disuelve en agua porque las moléculas de agua tienen suficiente

atracción por los iones Na+ y Cl- para vencer la atracción que estos dos iones

experimentan entre sí en el cristal. Para formar una disolución acuosa de NaCl, las

moléculas de agua también deben separarse unas de otras para dejar huecos en el

disolvente que serán ocupados por los iones Na+ y Cl-. Así, podemos imaginar que los

cambios de energía globales en la formación de una disolución tienen tres componentes:

a) el cambio de la energía para la separación de moléculas de soluto, b) el cambio de la



energía para la separación de moléculas de disolvente y c) el cambio de la energía para

la formación de interacciones soluto-disolvente. El cambio de energía global al formarse

una disolución, es la suma de la energía de cada proceso

La suma de los tres términos de energía, Pueden dar un resultado negativo o positivo.

Así, la formación de una disolución puede ser exotérmica (libera energía) o endotérmica

(consume energía). Por ejemplo, cuando se agrega sulfato de magnesio, MgSO4, al

agua, la disolución resultante sufre un aumento considerable de temperatura

(exotérmica) libera 91.2 kJ/mol. En contraste, la disolución de nitrato de amonio

(NH4NO3) es endotérmica, consume 26.4 kJ/mol. Estas dos sustancias se han utilizado

para fabricar compresas de calentamiento y enfriamiento instantáneos que se usan para

tratar lesiones deportivas. Las compresas consisten en una bolsa de agua y una

sustancia seca (MgSO4 para calentamiento y NH4NO3 para enfriamiento). Cuando la

compresa se aplasta, se rompe el sello que separa el sólido del agua y se forma una

disolución, y la temperatura aumenta, o bien, disminuye.

Los procesos exotérmicos suelen proceder espontáneamente. Los solutos iónicos como

el NaCl no se disuelven en líquidos no polares como la gasolina. Las moléculas de

hidrocarburo no polares de la gasolina sólo experimentan interacciones débiles con los

iones, y tales interacciones no compensan las energías necesarias para separar los

iones unos de otros (BROWN, 2004).

Se pueden diferenciar también las disoluciones en tres tipos, de acuerdo con la cantidad

de soluto disuelto en el solvente: disolución diluida; aquella que contiene una pequeña

cantidad de soluto en una cantidad grande de solvente. Disolución saturada; la que

contiene la cantidad máxima de soluto disuelto en un disolvente particular, a una

temperatura específica. Disolución sobresaturada; contiene más soluto del que puede

haber en una disolución saturada. Estas últimas no son muy estables, con el tiempo una

parte del soluto se separa de la disolución sobresaturada en forma de cristales. (CHANG,

2002).


1.4 Factores que Afectan la Solubilidad

El grado en el que una sustancia se disuelve en otra, depende de la naturaleza tanto del

soluto como del disolvente, también depende de la temperatura y al menos en el caso de

los gases también depende de la presión.

1.4.1 Interacción soluto-disolvente

Las fuerzas de atracción relativas entre las moléculas de disolvente y el soluto

desempeñan papeles muy importantes en el proceso de disolución.

Cuando se trata de un gas disuelto en un líquido, las fuerzas de atracción entre las

moléculas del gas y del disolvente son principalmente fuerzas de dispersión de London,

las cuales aumentan al incrementarse el tamaño y la masa de las moléculas del gas. En

el caso en el que se disuelven dos líquidos las fuerzas de atracción dipolo-dipolo

favorables entre moléculas de disolvente y de soluto, causan que los líquidos polares se

disuelvan más fácilmente en disolventes polares. El agua no sólo es polar, sino que

también puede formar puentes de hidrógeno. Por tanto, las moléculas polares, y en

especial las que pueden formar puentes de hidrógeno con las moléculas de agua, suelen

ser solubles en agua.

El estudio de diferentes combinaciones de disolventes y solutos, ha dado pie a una

generalización importante: las sustancias con fuerzas de atracción intermoleculares

similares suelen ser mutuamente solubles. Esta generalización suele expresarse

simplemente como “lo similar disuelve a lo similar”. Las sustancias no polares tienden a

ser solubles en disolventes no polares; los solutos iónicos y polares suelen ser solubles

en disolventes polares. Los sólidos de red como el diamante y el cuarzo son insolubles

en disolventes tanto polares como no polares a causa de las intensas fuerzas de enlace

dentro del sólido. (BROWN, 2004).

1.4.2 Efecto de la presión

Las solubilidades de los sólidos y líquidos no acusan un efecto apreciable de la presión,

mientras que la solubilidad de un gas en cualquier disolvente aumenta al incrementar la

presión del gas sobre el disolvente. Podemos entender el efecto de la presión sobre la

solubilidad de un gas si consideramos el equilibrio dinámico. Supongamos que tenemos



una sustancia gaseosa distribuida entre las fases gaseosas y de disolución. Cuando se

establece el equilibrio, la rapidez con que moléculas del gas entran en la disolución es

igual a la rapidez con que moléculas del soluto escapan de la disolución para entrar en la

fase gaseosa. Supongamos que se ejerce una presión adicional sobre un pistón y

comprimimos un gas sobre una disolución como se observa en la figura 1.3. Si redujimos

el volumen a la mitad de su valor original, la presión del gas habrá aumentado a cerca del

doble de su valor original. Así, la frecuencia con que moléculas del gas chocan con la

superficie para entrar en la fase de disolución aumentará, y la solubilidad del gas en la

disolución aumentará hasta que se vuelva a establecer un equilibrio; es decir, la

solubilidad aumenta hasta que la rapidez con que las moléculas del gas, entran en la

disolución, sea igual a la rapidez con que las moléculas del soluto escapan del

disolvente. Por tanto, la solubilidad del gas aumenta en proporción directa a su presión

parcial sobre la disolución.

Figura 1.3: Pistón comprimiendo un gas sobre la disolución

La relación entre la presión y la solubilidad de un gas se expresa con una sencilla

ecuación llamada ley de Henry:

Aquí, Sg es la solubilidad del gas en la fase de disolución (por lo regular expresada como

molaridad), Pg es la presión parcial del gas sobre la disolución, y k es una constante de

proporcionalidad llamada constante de la ley de Henry, diferente para cada par

soluto-disolvente (BROWN, 2004).


1.4.3 Efectos de la temperatura

La solubilidad de la mayor parte de los solutos sólidos en agua aumenta al incrementarse

la temperatura de la disolución. En la figura 1.4, se muestra este efecto sobre la

solubilidad de varias sustancias iónicas en agua. Observe que, en general, la solubilidad

aumenta al incrementarse la temperatura. Sin embargo, hay unas cuantas excepciones a

esta regla, como se observa con el Ce2(SO4)3, cuya curva de solubilidad tiende hacia

abajo al aumentar la temperatura.

Figura 1.4: Solubilidad de algunas sales en agua.

Figura tomada de (CHANG, 2002)

En contraste con los solutos sólidos, la solubilidad de los gases en agua disminuye al

aumentar la temperatura (Figura 1.5). Si calentamos un vaso de agua fría de la llave, se

observarán burbujas de aire en el interior del vaso. De forma similar, las bebidas

carbonatadas pierden CO2 si se les permite calentarse; al aumentar la temperatura de la

disolución, la solubilidad del CO2 disminuye y el CO2 (g) escapa de la disolución. La

menor solubilidad del O2 en agua al aumentar la temperatura es uno de los efectos de la

contaminación térmica de lagos y ríos. El efecto es mucho más grave en los lagos

profundos porque el agua caliente es menos densa que el agua fría, y por ello tiende a

permanecer sobre el agua fría, en la superficie. Esta situación impide la disolución de

oxígeno en las capas más profundas y afecta la respiración de todos los organismos

acuáticos que necesitan oxígeno. Los peces pueden asfixiarse y morir en estas

condiciones (CHANG, 2002).



Figura 1.5: Solubilidad de algunos gases en agua.

Figura tomada de (CHANG, 2002)

1.5 Formas de Expresar la Concentración La concentración de una disolución se puede expresar cualitativa o cuantitativamente. Se

emplean los términos diluida y concentrada para describir una disolución

cualitativamente. Una disolución con una concentración relativamente baja de soluto se

describe como diluida; una con una concentración elevada se describe como

concentrada. Se usan varias formas de expresar la concentración en términos

cuantitativos, como son, porcentaje en masa, fracción molar, molaridad y molalidad.

1.5.1 Porcentaje en Masa.

Una de las expresiones cuantitativas más sencillas de la concentración es el porcentaje

en masa de un componente en una disolución, dado por:

Ejemplo: Se prepara una disolución, disolviendo 15,4 g de cloruro de sodio (NaCl) en

0,100 kg de agua (H2O). Calcule el porcentaje en masa de soluto en esta disolución.

Solución: Nos dan el número de gramos de soluto (15,4 g) y el número de gramos de

disolvente (0,100 kg). Calculamos el porcentaje en masa utilizando la ecuación anterior,


la masa de la disolución es la suma de la masa de soluto (NaCl) más la masa de

disolvente (H2O).

Nota: El porcentaje en masa de agua es de 76,7% en este caso.

PARTES POR MILLON (PPM)

Cuando se tienen disoluciones muy diluidas podemos expresar la concentración en

partes por millón (ppm), que se definen como:

Ejemplo: Se determinó que una muestra de 2,5 g de agua de una quebrada cercana a la

institución contenía 4,5 μg de Al3+. Calcule la concentración de aluminio (Al3+) en partes

por millón.

Solución: Nos dan el número de microgramos de soluto, puesto que 1 μg es 1*10-6 g;

4,5 μg = 4,5*10-6 g, calculamos las partes por millón utilizando la ecuación anterior.

Una disolución cuya concentración de soluto es de 1 ppm contiene 1 g de soluto por cada

millón (106) de gramos de disolución o, lo que es equivalente, 1 mg de soluto por

kilogramo de disolución. Dado que la densidad del agua es de 1 g/mL, 1 kg de una

disolución acuosa diluida tiene un volumen muy cercano a 1 L. Entonces, 1 ppm también

corresponde a 1 mg de soluto por litro de disolución.

En el caso de soluciones aún más diluidas, se usan partes por billón (ppb). Una

concentración de 1 ppb representa 1 g de soluto por billón gramos de disolución, o 1

microgramo (μg) de soluto por litro de disolución (BROWN, 2004).



1.5.2 Fracción Molar, Molaridad y Molalidad

A menudo utilizamos expresiones de concentración basadas en el número de moles de

uno o más componentes de la disolución. Las tres que usamos más comúnmente son

fracción molar, molaridad y molalidad.

FRACCIÓN MOLAR

La fracción molar de un componente de la disolución está dada por:

( )

Es común usar el símbolo X para denotar fracción molar, con un subíndice (en este caso

a) que indica el componente de interés.

Las fracciones molares no tienen unidades porque las unidades en el numerador y en el

denominador se cancelan. La suma de las fracciones molares de todos los componentes

de una disolución debe ser igual a 1.

Ejemplo: Una disolución blanqueadora comercial, contiene 3,62% en masa de hipoclorito

de sodio (NaOCl) en agua. Calcule la fracción molar de (NaOCl).

Solución: Debemos calcular los moles de hipoclorito de sodio presentes en la disolución

blanqueadora, por tanto tomamos como base 100 g de disolución, en estos hay

contenido 3,62 g de NaOCl y 96,38 g de agua.

( )

( )

( )


MOLARIDAD

La molaridad (M) de un soluto en una disolución se define como:

( )

La molaridad es muy útil para relacionar el volumen de una disolución con la cantidad de

soluto que contiene.

Ejemplo: Se prepara una disolución disolviendo 4,35 g de glucosa (C6H12O6), en 25 mL

de agua. Calcule la molaridad de glucosa en la disolución.

Solución: Se usa la masa molar de la glucosa 180,2 g/mol, para convertir los gramos en

moles.

( )

Puesto que tenemos el volumen en mL es necesario convertir estas unidades a litros (L).

Calculamos la molaridad usando la ecuación:

( )

MOLALIDAD

La molalidad de una disolución, denotada por m, se define como el número de moles de

soluto por kilogramo de disolvente:

( )

Las definiciones de molaridad y molalidad son lo bastante parecidas como para que sea

fácil confundirlas. La molaridad se define en términos del volumen de disolución, mientras

que la molalidad depende de la masa de disolvente. Si el disolvente es agua, la molalidad

y la molaridad de una disolución diluida son casi iguales numéricamente, porque 1 kg de

disolvente es casi lo mismo que 1 kg de disolución, y 1 kg de la disolución tiene un



volumen de cerca de 1 L. La molalidad de una disolución dada no varía con la

temperatura porque las masas no varían con la temperatura. La molaridad, en cambio, sí

cambia con la temperatura porque la expansión o contracción de la disolución altera su

volumen. Por ello, suele preferirse la molalidad para expresar la concentración de una

disolución que se usa dentro de un intervalo amplio de temperaturas (BROWN, 2004).


Guía 1: Ambientación y saberes previos del

agua

IDEAS CLAVES

Trabajo cooperativo.

Circulación del agua en el planeta e importancia en procesos naturales.

DESEMPEÑOS ESPERADOS

Identificar el grupo de trabajo y su roll dentro de este.

Identificar el agua como recurso natural y su ciclo en el planeta.

OBJETIVOS

Realizar una exploración de los saberes previos, relacionados con la circulación del

agua en el planeta.

MATERIALES Y RECURSOS

Cuaderno de notas.

Diccionario.

Internet.

PROCEDIMIENTO

1. Conformación de Grupos de Trabajo

Reúnase con otro compañero y establezcan los acuerdos, con las cuales van a lograr

realizar el trabajo efectiva y oportunamente, dentro de esos acuerdos de trabajo tengan

en cuenta la responsabilidad, el respeto, el apoyo y la colaboración, sea consciente de

que el grupo no se va a disolver para el trabajo posterior, ni podrá formar parte de otro

grupo, solamente se podrá hacer esto en casos extremos. Escriba los acuerdos a los que

llegaron en la bitácora o portafolio de trabajo.



Una vez conformado el grupo y realizados los acuerdos, se deberá elegir el moderador

quien se encargará de ser el vocero ante los demás grupos, y el secretario quien será el

encargado de la recolección de datos y de la redacción de los documentos que serán

presentados como evidencia del trabajo realizado, intercambien roles para el desarrollo

de cada una de las guías. A pesar de que cada uno tiene un rol específico, entre los dos

deberán ayudarse y ambos serán los responsables del trabajo.

Cada integrante del grupo deberá utilizar una carpeta física como portafolio, para archivar

los documentos utilizados durante el desarrollo de las actividades que conforman cada

una de las guías y la síntesis de cada práctica, además deberán tener un cuaderno o

bitácora en donde consignarán la información recolectada durante la práctica, también

deberán consignar allí la autoevaluación y una evaluación grupal al final de cada práctica,

esto ayudara para reflexionar acerca del avance tanto individual como grupal en la

consecución de las metas de aprendizaje.

2. Desarrollo

Individualmente realizar la lectura analítica de las páginas 2 y 3 “El Agua y el ciclo

hidrológico” (recuerde que la lectura analítica es aquella que permite establecer

relaciones entre ideas y conceptos). Además visite el sitio web

http://www.imta.gob.mx/historico/educacion-ambiental/aprende/interface.html, donde

le mostrarán el ciclo hidrológico de forma interactiva y un modelo para simular este

ciclo de una manera sencilla (a través de un terrario). Tome nota de los materiales y

procedimientos que debe llevar a cabo y construya un terrario en la casa, en la

bitácora anote sus observaciones, como el nivel de agua, que le ha pasado a la

planta si sigue viva o sus hojas se están marchitando, la humedad de la tierra, las

paredes del frasco se han humedecido, etcétera, estas observaciones debe

realizarlas a diario, tenga en cuenta el clima de ese día es decir si es soleado si está

haciendo frio o si esta nubado. Tome fotografías como evidencia del trabajo

realizado. El terrario lo debe observar durante un mes.

Preguntas para discutir en grupo:

http://www.imta.gob.mx/historico/educacion-ambiental/aprende/interface.html


a. ¿Cuáles son las razones para afirmar que “el agua es una de las sustancias

más importantes que hay en la tierra”?

b. ¿Por qué cree que la mayor parte del agua que se encuentra en la tierra no

es apta para el consumo de los seres vivos?

c. ¿Cuáles cambios de fase sufre el agua durante el ciclo hidrológico?

d. ¿De qué clase son estos cambios de fase químicos o físicos? Explique su

respuesta.

e. Realice un mapa conceptual de la lectura “el ciclo hidrológico” teniendo en

cuenta los cambios de fase que sufre el agua durante el proceso.

3. Actividad de Socialización

El moderador presenta las respuestas del grupo y el mapa conceptual, los demás grupos

darán su opinión acerca del trabajo realizado.

Es importante que cada grupo tome nota de los aportes realizados por los compañeros y

realicen las correcciones pertinentes al trabajo.

4. Trabajo en casa

Construir un terrario por grupo.

Realizar la lectura de las páginas 3-5 “Usos del Agua”, de manera individual, para

sintetizar la información deberá realizar un mapa conceptual y archivarlo en el

portafolio.



Guía 2: Usos del Agua.

IDEAS CLAVES

El agua es un compuesto indispensable para realizar diversas tareas cotidianas.

Preservación del agua como recuso natural.


Observo mi entorno e identifico los procesos en los cuales se utiliza agua.

Propongo estrategias para preservar este recurso.

OBJETIVO

Reconocer el papel del agua en diversas actividades de mi entorno.

MATERIALES

Cuaderno de notas.

Balde con graduación.

Cronómetro o reloj.

PROCEDIMIENTO

1. Discusión grupal de la lectura “Usos del Agua”

Socialice el mapa conceptual de la lectura propuesta como tarea en la casa, con el

compañero de grupo que trabajo en la clase anterior. Realicen los ajustes pertinentes y

propongan un mapa conceptual del grupo, comenten las dudas generadas y anótenlas en

el cuaderno, para posterior discusión con los demás grupos.

2. Desarrollo

Realice un recorrido por el colegio y observe las acciones que se están llevando a cabo

en donde se utilice agua, registre los datos en la libreta de apuntes, pida el favor a la

persona que está realizando la acción que le permita realizar unas medidas y proceda de

la siguiente manera:


En el recipiente graduado mida 3 litros de agua y tome el tiempo que se gasta para

obtener dicha cantidad, realice esta medida tres veces, tomando siempre la misma

cantidad de agua. Luego pregunte a la persona ¿cuánto tiempo aproximadamente realiza

esta actividad al día?

Registre todos los datos en una tabla como la que aparece a continuación, recuerde

adicionar las casillas que sean necesarias para registrar todas las acciones en las que se

utiliza agua.

Nº Nombre de la

acción

Cantidad de

agua (L) Tiempo (s)

Tiempo gastado al día

en esta actividad (horas)

1

2

Después de realizar todas las medidas analice los datos obtenidos y diligencie la siguiente tabla:

Nº Nombre de la

acción

Promedio de

cantidades

(L)

Promedio de

tiempo (s)

Tiempo utilizado

al día (horas)

Cantidad de

agua gastada al

día (L)

1

2

ACTIVIDAD DE SOCIALIZACIÓN

El vocero del grupo debe hacer la presentación del mapa conceptual sobre la lectura

“Usos del Agua” realizado en el punto 1 del procedimiento.

En grupos clasifiquen las diferentes acciones observadas en el colegio de acuerdo

con los diferentes usos del agua, teniendo en cuenta la lectura propuesta “Usos del

Agua”.

Presente los datos obtenidos en la actividad desarrollada, la clasificación de los usos

del agua en el colegio y proponga mecanismos que permitan reducir el gasto de agua

en las diferentes acciones observadas, para hacer la presentación puede utilizar

recursos ofimáticos como PowerPoint, Excel, Word, etcétera, o cualquier programa



que conozca que sirva para este fin. Discutir con los compañeros de clase y anotar

las conclusiones en el cuaderno, acerca del tema.

TRABAJO EN CASA

Diseñe una campaña que permita concienciar a los ciudadanos de su entorno acerca

del ahorro del agua y proponga acciones que permitan ahorrar agua en las diferentes

actividades tanto en el hogar como en la finca.

Hacer la lectura “Propiedades del Agua; Elevado calor de vaporización” página 5, y

ampliar la información acerca del significado de ebullición, punto de ebullición y

temperatura de ebullición. ¿En qué circunstancias de la cotidianidad utilizamos esta

propiedad del agua y cuáles son sus beneficios?


Guía 3: Ebullición del Agua

IDEAS CLAVES

La presión influye en la ebullición del agua.

Estructura corpuscular de la materia.

Escalas termométricas.


Observo mi entorno e identifico procesos donde la ebullición es importante.

Explico a partir de la estructura corpuscular de la materia la ebullición del agua a

bajas presiones.

OBJETIVO

Identificar la ebullición del agua como una propiedad importante para los seres vivos.

MATERIALES

Cuaderno de notas

1 Vaso de precipitados de 250 mL.

1 balón de fondo redondo de 250 mL con tapa de caucho.

1 Tubo de ensayo de 5 o 10 mL.

1 Tubo de ensayo de 25 mL.

1 tubo capilar pequeño y cerrado por un extremo

1 tubo de ensayo pequeño

1 varilla agitadora de vidrio

1 termómetro de laboratorio hasta 120 ºC.

1 jeringa de 30 mL. con su aguja.

1 tapón para la punta de la jeringa.

1 soporte metálico con pinza.

1 trípode con malla de asbesto

1 mechero de gas o alcohol.



1 bolsa con hielo picado.

Agua (preferiblemente destilada)

Hielo

Aceite mineral para baño calefactor.

PROCEDIMIENTO

Realizar la lectura analítica del siguiente texto:

Presión de Vapor y punto de Ebullición

Para conocer un poco más acerca del punto de ebullición de un líquido, tenemos primero

que remitirnos a la presión de vapor del mismo. Cuando se tiene un líquido en un

recipiente las moléculas que se encuentran en la superficie pueden escapar hacia la fase

gaseosa por vaporización o evaporación. Imagine que se coloca un líquido como el

etanol (alcohol), en un recipiente cerrado al cual se le ha extraído todo el aire, el etanol

comenzará a evaporarse rápidamente. En consecuencia, la presión ejercida por el vapor

arriba del líquido comenzará a aumentar, Después de un tiempo corto, la presión del

vapor alcanzará un valor constante, que denominamos presión de vapor de la

sustancia.

Las moléculas de un líquido se mueven con diferentes velocidades. En la figura que se

muestra a continuación, vemos la distribución de las energías cinéticas de las partículas

en la superficie de un líquido a dos temperaturas. En un instante dado, algunas de las

moléculas que están en la superficie del líquido poseen suficiente energía para vencer

las fuerzas de atracción de sus vecinas y escapar a la fase gaseosa. Cuanto más débiles

son las fuerzas de atracción, mayor es el número de moléculas que pueden escapar y

mayor es la presión de vapor (BROWN, 2004).

Figura 1.6: Distribución de las energías

cinéticas de las moléculas superficiales de un líquido hipotético a dos temperaturas. Sólo las moléculas más rápidas tienen suficiente energía cinética para escapar del líquido y pasar al vapor, como muestra el área sombreada. Cuanta más alta es la temperatura, mayor es la fracción de las moléculas con suficiente energía para escapar.

Figura tomada de (Brown 2004)


A cualquier temperatura dada, tiene lugar un movimiento continuo de moléculas de la

fase líquida a la fase gaseosa. Sin embargo, al aumentar el número de moléculas en la

fase gaseosa, aumenta la probabilidad de que una molécula de la fase gaseosa choque

con la superficie del líquido y vuelva a ser capturada por éste. En algún momento, la

frecuencia con que las moléculas regresan al líquido es igual a la frecuencia con que

escapan. El número de moléculas de la fase gaseosa llega entonces a un valor estable, y

la presión de vapor se hace constante.

La condición en la que dos procesos opuestos están ocurriendo simultáneamente con la

misma tasa se denomina equilibrio dinámico. Un líquido y su vapor están en equilibrio

cuando la evaporación y la condensación ocurren con la misma rapidez. Podría parecer

que nada está ocurriendo en un equilibrio porque no hay un cambio neto en el sistema.

En realidad, es mucho lo que está sucediendo; las moléculas pasan continuamente del

estado líquido al gaseoso y del gaseoso al líquido (BROWN, 2004).

“La presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando los

estados líquido y de vapor están en equilibrio dinámico” (BROWN, 2004).

Presión de Vapor y Punto de Ebullición Un líquido hierve cuando su presión de vapor es igual a la presión externa que actúa

sobre la superficie del líquido. En este punto se hace posible la formación de burbujas de

vapor en el interior del líquido. La temperatura de ebullición aumenta al incrementarse la

presión externa. El punto de ebullición de un líquido a una presión de 1 atmosfera es su

punto normal de ebullición. En la figura que se muestra a continuación, vemos que el

punto de ebullición normal del agua es de 100 ºC.

El punto de ebullición es importante en muchos procesos que implican calentamiento de

líquidos, incluida la cocción. El tiempo requerido para cocinar los alimentos depende de

la temperatura. En tanto haya agua presente, la temperatura máxima de los alimentos

que se cocinan será el punto de ebullición del agua. Las ollas de presión sólo permiten el

escape del vapor una vez que su presión ha excedido cierto valor predeterminado; así, la

presión sobre el agua puede rebasar la presión atmosférica. El aumento en la presión

hace que el agua hierva a una temperatura más alta, lo que permite a los alimentos estar



más calientes y cocinarse con mayor rapidez. El efecto de la presión sobre el punto de

ebullición también explica por qué los alimentos tardan más en cocinarse en sitios

elevados que en el nivel del mar. La presión atmosférica es más baja a mayor altitud, y el

agua ebulle a una temperatura más baja (BROWN, 2004).

Individualmente, escriba brevemente como se relaciona la presión de vapor con el

punto de ebullición.

Comparta su escrito con el grupo, y escriban una síntesis conjuntamente.

Socialicen su síntesis con los demás compañeros del salón y el profesor, aclaren

dudas al respecto y entre todos escriban las conclusiones de tal manera que quede

claro el tema tratado en la lectura.

Realizar los siguientes experimentos en grupos, Seguir las indicaciones del profesor. No

olvide utilizar los implementos de seguridad del laboratorio (Bata, gafas y guantes).

Experimento 1

Tomar agua previamente calentada a 80 ºC con la jeringa de 30 mL, hasta la mitad

de su capacidad.

Desplazar el aire remanente y sellarla con un tapón de caucho.

fijar la jeringa a un soporte, y halar el émbolo.

En el cuaderno escribir detalladamente lo que sucede.

Figura 1.7: Presión de vapor de cuatro

líquidos comunes en función de la

temperatura. La temperatura en la que la

presión de vapor es de 760mmHg es el

punto de ebullición normal.

Figura toma de (Brown 2004)


Figura 1.8: esquema para ebullición a bajas presiones.

Experimento 2

Agregar 125 mL de agua, al balón de fondo redondo de 250 mL.

fijar a un soporte el balón y calentar el agua hasta aproximadamente 80 ºC.

Tapar el balón e invertir.

Colocar una bolsa con hielo picado en la parte redondeada del balón.

En el cuaderno escribir detalladamente lo que sucede.

Figura 1.9: montaje para ebullición del agua a bajas presiones.

Experimento 3

Para determinar la temperatura de ebullición a presión atmosférica se procede de la

siguiente manera:

Sumergir un tubo capilar sellado, invertido, en agua contenida dentro de un tubo de

ensayo provisto de un termómetro.

Calentar el tubo de ensayo, este calentamiento se puede realizar de dos formas:

- La primera es calentar el tubo directamente con el mechero procurando que el

calentamiento sea uniforme, esto se logra desplazando el mechero por todo el

tubo.

- La segunda es sumergir el tubo en un baño de aceite mineral y calentar, de esta

manera se garantiza un calentamiento uniforme por todo el tubo.



Cuando el agua ascienda por el tubo capilar, esa es la temperatura de ebullición del

agua.

Anote esta temperatura, y escriba las observaciones del experimento.

Figura 1.10: montaje para medir el punto de ebullición del agua

ACTIVIDADES DE SOCIALIZACIÓN Tiempo: 45 min.

Conteste el siguiente cuestionario individualmente.

¿Qué entiende por temperatura de ebullición?

¿Es lo mismo temperatura de ebullición y punto de ebullición?

¿Cuál es la temperatura de ebullición del agua determinada para el sitio donde vive?

Explique brevemente ¿por qué la temperatura de ebullición varia con la altura sobre

el nivel del mar?

En grupos:

Escriban como interpretan las observaciones hechas en los experimentos 1 y 2.

Socialicen las respuestas dadas a las preguntas anteriores, si es necesario corrija o

complemente sus respuestas.

Realicen una cartelera donde registren la definición de punto de ebullición y los

aspectos más relevantes en ella.

Mencionen 3 casos diferentes de uso común donde se utilice esta propiedad del

agua.


TRABAJO EN CASA Hacer el informe de la práctica para anexar al portafolio, este debe contener:

Título de la práctica (diferente al título de la guía).

Esquema (mapa conceptual, mapa mental, cuadro sinóptico, etc.), para la

medición del punto de ebullición, incluya aquí las fotografías de la práctica.

Las observaciones realizadas durante la práctica.

Conclusiones de la práctica.

Bibliografía consultada.

Realizar la lectura de la página 5 “Propiedades del Agua; Elevada fuerza de adhesión

y cohesión”. Complementar la lectura buscando la definición de tensión superficial y

una forma de medir esta propiedad.



Guía 4: Tensión Superficial del Agua

IDEAS CLAVES

Estructura corpuscular del agua.

Fuerzas de adhesión y cohesión.

Tensión superficial.


Identifico la tensión superficial como una propiedad del agua.

Observo el entorno y reconozco esta propiedad en algunos sucesos de la naturaleza

OBJETIVOS

Reconocer la tensión superficial como una propiedad del agua que permite llevar a

cabo diferentes procesos en la naturaleza.

MATERIALES

Cuaderno de notas.

Vasos de precipitados de 250 mL.

Agitador de vidrio.

Aguja común de coser.

Dos frascos de boca ancha.

Balde.

Malla de colador.

Hojas de papel.

Detergente líquido.

Agua.


PROCEDIMIENTO

Realizar los siguientes experimentos:

Experimento 1

Se tiene un vaso de precipitados de 250 mL con agua hasta la mitad de capacidad.

Tomar la aguja por el centro y colocarla suavemente sobre la superficie del agua.

Observar lo que ocurre.

En el cuaderno anotar lo observado.

Añadir unas gotas de detergente líquido al vaso, lejos de la aguja.

En el cuaderno anotar lo observado.

Figura 1.11: Montaje experimento 1.

Experimento 2

i. A uno de los vasos pegar o sujetar la malla de colador en la boca.

ii. Adicionar agua hasta ¼ de su volumen.

iii. Cortar trozos de papel de tal manera que tape completamente la boca del frasco.

iv. Tapar la boca del frasco con un trozo de papel y con la mano, invertir el frasco.

v. Quitar el papel de la boca del frasco.

vi. Escribir las observaciones en el cuaderno.

Figura 1.12: Montaje experimento 2.



ACTIVIDADES DE SOCIALIZACIÓN

En grupos den una explicación a las observaciones realizadas en cada uno de los

experimentos y contesten las siguientes preguntas.

¿Por qué cree que la aguja no se hunde al colocarla en la superficie del agua?

¿Qué ocurre cuando se adiciona detergente al agua?

Explique con sus palabras que entiende por tensión superficial.

¿Por qué la malla es capaz de sostener el agua dentro del frasco?

El vocero del grupo presentará la síntesis realizada en los experimentos y las respuestas

a las preguntas propuestas, y el secretario tomará nota de los aportes de los compañeros

para complementar sus respuestas y explicaciones.

TRABAJO EN CASA

Hacer el informe de la práctica para anexar al portafolio, este debe contener: Título de la práctica (diferente al título de la guía).

Fotografías de la práctica.

Las observaciones realizadas durante la práctica.

Conclusiones de la práctica.

Bibliografía consultada.

Consulte algunas aplicaciones industriales en las que se utilice la tensión superficial,

prepare una exposición sobre esa propiedad que será presentada la siguiente clase.

Consulte los siguientes videos de internet para ampliar el tema:

http://www.youtube.com/watch?v=hs05-tDcqLM, En esta página encontrará una

experiencia en la que se observa como algunas sustancias, como los jabones y

detergentes, hacen variar la tensión superficial del agua.

http://www.youtube.com/watch?v=-3APfeVXJYE&feature=fvsr, En esta página hallará

una explicación del por qué algunos insectos caminan sobre el agua.

http://www.youtube.com/watch?v=BZ0kKrBw-ik, Este es un experimento de física sobre

tensión superficial realizado con un vaso de agua y una pelota de ping-pong.

http://www.youtube.com/watch?v=hs05-tDcqLM

http://www.youtube.com/watch?v=-3APfeVXJYE&feature=fvsr

http://www.youtube.com/watch?v=BZ0kKrBw-ik


Guía 5: Humectación del Agua

IDEAS CLAVES


Los jabones y los detergentes ayudan a la limpieza.

La humectación depende de la polaridad de las moléculas.


Reconoce la humectación como una propiedad del agua que influye en diversos

procesos cotidianos.

Identifica algunas diferencias entre materiales que ayudan a la humectación de los

objetos.

Diferencia un jabón de un detergente.

OBJETIVOS

Identificar el significado de humectación.

Identificar la humectación como una propiedad del agua y sus cambios con el uso de

detergentes y jabones.

MATERIALES

Dos tapas plásticas de gaseosa iguales y dos platos pequeños.

Servilletas de papel.

Dos vasos transparentes de plástico o vidrio.

Tres tubos goteros.

Tres tubos de ensayo pequeños.

Dos velas de parafina.

Agua corriente.

Etanol (alcohol común).

Aceite de cocina.



Aceite lubricante para carro o moto.

Jabón.

Detergente líquido (lava-vajillas o lava-tapetes).

PROCEDIMIENTO

Realice la siguiente lectura teniendo en cuenta aspectos que considere relevantes.

Humectación y Lavado

En el contacto de líquidos con sólidos no solubles intervienen fuerzas adhesivas entre el

líquido y el sólido que a su vez se relacionan con las fuerzas cohesivas intermoleculares

presentes en el líquido. A la superficie de contacto se le da generalmente el nombre de

“interfase”. Si observamos detenidamente una gota de líquido sobre una superficie se

pueden representar dos situaciones extremas.

El ángulo que forma la superficie de un líquido en contacto con un sólido se llama ángulo

de contacto y depende de la relación que existe entre las fuerzas adhesivas y las

fuerzas cohesivas del sistema. Cuando las fuerzas adhesivas son superiores a las

fuerzas cohesivas, el ángulo de contacto entre el líquido y el sólido es menor de 90º y el

líquido mojará el sólido (representación derecha) situación favorable para el lavado. Por

el contrario cuando las fuerzas cohesivas del líquido son altas este tenderá a formar

gotas esféricas sobre el sólido y el ángulo de contacto será mayor de 90º y el efecto

humectante será leve o nulo situación que se utiliza por ejemplo en la protección que

ofrecen las telas impermeables.

Figura 1.13: Ángulos de contacto entre un líquido y una superficie sólida


Entre estas situaciones extremas pueden encontrarse sistemas en los cuales es

necesario dejar en contacto el líquido con el sólido durante algún tiempo, para que el

ángulo de contacto llegue a un equilibrio, lo cual puede ser crítico en algunas

aplicaciones como por ejemplo en la industria de impresión gráfica.

En el proceso de lavado se pretende que el líquido, por ejemplo agua, penetre el material

que se lava y arrastre las partículas extrañas (mugre). Estas partículas de mugre pueden

disolverse en el agua, pueden ionizarse o simplemente suspenderse. Se pretende que la

humectación sea óptima disminuyendo el ángulo de contacto y favoreciendo la

separación de las partículas de mugre para que se disuelvan o se dejen transportar por el

agua; para eso se utilizan los llamados agentes tensoactivos llamados también

tensioactivos, surfactantes o agentes de superficie activa.

Los tensoactivos como el jabón son compuestos que poseen una cadena carbonada que

se acopla muy bien con sustancias orgánicas y no tiene carga, y otra parte de carácter

polar que se asocia fácilmente con el agua. Una representación esquemática general de

un jabón se presenta en la siguiente figura.

Figura 1.14: Tensoactivo.

En la siguiente figura se representa una forma muy general de lo que sucede cuando se

adiciona jabón al agua, compuesto que puede interaccionar muy fácilmente con

compuestos polares. En la figura 1.14, el círculo azul representa una molécula de agua,

la flecha el extremo iónico o polar del jabón y el cuadrado amarillo representa el extremo

orgánico o no polar del jabón. Como se representa en la figura 1.14, la molécula del

jabón se orienta de tal forma que la parte iónica se asocia con la molécula de agua. En

otras palabras el grupo atómico afín con las moléculas de agua se dice tiene un

comportamiento hidrofílico y el otro grupo que no establece ninguna interacción con las

moléculas de agua se dice que tiene un comportamiento hidrófobo, pero es afín con

materiales grasos.

Figura 1.15: Tensoactivo

rodeando una molécula de

agua



Cuando se adiciona jabón al agua el resultado es que las unidades del jabón “aíslan” las

moléculas de agua y por tanto las fuerzas de interacción entre ellas disminuyen,

debilitando la capa superficial que entonces cede muy fácilmente al peso de objetos aún

muy livianos. En otras palabras se disminuye la tensión superficial.

En otro aspecto de las experiencias realizadas sobre el lavado con agua se observó un

fenómeno muy particular por la formación de un líquido lechoso cuando se adicionaba

jabón sobre la mano impregnada de aceite; es la llamada emulsificación, que facilita el

lavado con agua. Una forma de representar la acción emulsificante puede ser la

presentada en la figura 1.15, donde los círculos amarillos representan gotas muy

pequeñas de aceite, los azules son moléculas de agua y la flecha y el cuadrado la

molécula de jabón.

Figura 1.16: Efecto emulsificante entre un Tensoactivo, agua y aceite.

El extremo no polar del jabón se asocia con la gota de aceite o grasa y la parte polar con

las moléculas de agua vecinas. El resultado neto es que al interponerse las unidades del

jabón impiden que las gotas de aceite se junten para formar una más grande, la emulsión

se mantiene y el conjunto puede ser arrastrado (lavado) por el agua. Otros agentes

tensoactivos son los detergentes cuya estructura es similar a la de los jabones con

variaciones en la parte orgánica como en la polar. Al igual que el jabón puede hacerse

una representación esquemática como se muestra en la figura 1.16.

Figura 1.17: Estructura de un jabón y un detergente.


Los tensoactivos se pueden clasificar según su acción sobre las partículas en: agentes

activos frente a aniones (partículas cargadas negativamente) como los jabones y los

sulfonatos, agentes activos frente a cationes (partículas cargadas positivamente) como

algunas aminas y compuesto de amonio cuaternarios, y agentes no iónicos que actúan

sobre partículas no ionizadas.

El más tradicional de los agentes tensoactivos es el jabón, conocido desde la antigüedad

se industrializó en 1794 año en el que Nicolas Leblanc, químico francés, desarrolló el

procedimiento para la fabricación industrial de carbonato de sodio, sustancia que al

reaccionar con las grasas animales o vegetales da como producto principal el jabón. Su

molécula consta de una cadena hidrocarbonada hidrófoba y un grupo hidrofílico, es

decir afín con el agua. Las moléculas de jabón rodean la partícula de suciedad hasta

envolverla en una capa fácilmente accesible por el agua. Los jabones comunes son de

sodio o de potasio y no son eficaces para la limpieza en aguas que contengan metales

más pesados como hierro y calcio (aguas duras), pues los iones de estos metales

provocan precipitación de los jabones en forma de sales insolubles. Los detergentes

sintéticos no presentan este inconveniente porque sus sales de hierro y calcio son

solubles en agua. Los residuos jabonosos son fácilmente biodegradables, en cambio los

residuos de los detergentes sintéticos difícilmente se degradan por eso son más

contaminantes (MUÑOZ & BERNAL, 2013).

- Individualmente, escriba dos párrafos, con sus propias palabras, en los que resuma

los aspectos que le parecieron más importantes de la lectura.

- En grupos: comparen el escrito que realizaron y redacten un documento de una

página que resuma las ideas que les parecieron más importantes.

Hacer los siguientes experimentos.

Experimento 1

Llenar una tapa de gaseosa con agua y otra con alcohol.

Dejar caer cuidadosamente en un plato agua y en otro alcohol.

En el cuaderno escriba las observaciones.



Experimento 2

Sumergir una vela de parafina en agua y otra en aceite.

Retirar del recipiente.

Comparar ambas velas


Experimento 3

Frotar las manos con dos o tres gotas de aceite para carro o moto.

Tratar de quitar el aceite con agua únicamente.

En el cuaderno escribir lo que sucede.

Deslizar jabón por sus manos húmedas.



El vocero del grupo realiza la lectura del escrito acerca de los aspectos relevantes de la humectación y el lavado.

Escriban una explicación de los fenómenos observados durante el experimento

teniendo en cuenta la lectura realizada sobre humectación y lavado.

TRABAJO EN CASA

Individual:

Averigüe acerca de la contaminación del agua por el uso de detergentes.

Haga una historieta escogiendo uno de estos temas

- Consecuencias graves que afectan los seres vivos por este tipo de contaminación.

- Formas de limpiar el agua de detergentes.

- Como disminuir la contaminación por detergentes.


Guía 6: Capilaridad del Agua

IDEAS CLAVES


Fuerza de gravedad.


Reconozco la capilaridad como una propiedad de los líquidos en las que actúan las

fuerzas de adhesión y cohesión.

Identifico procesos cotidianos en los que interviene la capilaridad del agua.

OBJETIVOS

Reconocer la capilaridad como una propiedad de los líquidos.

Identificar procesos de la vida diaria en los que se evidencie la capilaridad.

MATERIALES

Claveles blancos o ramas de apio.

Colorantes de cocina.

Vasos de plástico.

Tijeras.

PROCEDIMIENTO

Disolver 3 g de colorante de cocina en un vaso de agua.

Cortar un trozo del tallo de un clavel blanco o una rama de apio a 3 cm de la base.

Sumergir inmediatamente el tallo en un vaso que contenga una cantidad suficiente de

la disolución coloreada, para cubrir cerca de 2 cm del tallo.

Observar el estado inicial del tallo, como color, forma, poros, etc.

Repetir el procedimiento con tres tallos más.

Dejar en reposo.



Observar cada 10 minutos y tomar nota de los cambios, si realiza la experiencia con

claveles.

Si realiza la experiencia con ramas de apio, dejar en reposo hasta el otro día.

Sacar las ramas de la disolución coloreada y lavar con agua.

Observar la base del tallo y escribir lo observado.

Realizar cortes cada 5 cm hasta alcanzar las ramas.

Escribir lo observado cada vez que se realiza un corte.

Hacer un cuadro comparativo entre el estado inicial y final del tallo.

Aplicación en el laboratorio.

En la naturaleza se encuentran materias primas que se utilizan en diversas aplicaciones,

sin embargo estas no son puras sino que se encuentran en forma de mezclas, para

poder aislar los componentes de una mezcla existen diversos métodos de separación,

uno de ellos se llama cromatografía en capa delgada, que utiliza la capilaridad de los

líquidos para poder separar los componentes de una mezcla mientras un líquido

asciende por capilaridad a través de un soporte que es conocido como fase estacionaria.

Para utilizar esta técnica de separación proceda de la siguiente manera:

Cortar tiras de papel filtro de 1,5 cm de ancho x 10 cm de largo.

Dibujar una línea con lápiz a 1 cm de uno de los bordes de 1,5 cm de la tira de papel.

Con un tubo delgado (capilar), colocar una muestra de la disolución coloreada

(preparada en el punto anterior) siguiendo las indicaciones del profesor.

Introducir la tira de papel por el extremo que tiene la muestra de la disolución

coloreada, en un vaso con agua, de tal manera que quede sumergido el papel pero

sin que el agua toque la muestra.

Realice observaciones cada 30 segundos y escríbalas en el cuaderno.

Figura 1.18: Cromatografía en papel.



En grupos den explicación a lo observado en cada una de las experiencias

realizadas, para esto utilicen dibujos que muestren mejor lo que quieren decir.

El vocero del grupo presenta los resultados de las observaciones y explica los

dibujos.

Piensen el acciones cotidianas en las que utilizan agua, ¿cuáles de ellas puede

relacionar con la capilaridad?

TRABAJO EN CASA

Observe en una finca donde tengan cultivos, ¿en qué parte de la planta agregan el

fertilizante?

¿Por qué lo agregan de esa manera, y no lo agregan en otras partes de la planta?

¿Qué característica principal debe tener el fertilizante para poderlo usar?

Busque la explicación de: ¿por qué el menisco que se forma al tener agua contenida

en un tubo es hacia abajo, en cambio el menisco que se forma con otro líquido como

el mercurio es hacia arriba? Como se muestra en la figura.

Figura 1.19: formación del menisco de mercurio y agua en un tubo.

Realizar la lectura de la página 6 a la página 9 de la guía: “Acción disolvente del

agua” “Compuestos iónicos en agua” “compuestos moleculares en agua”, hacer un

mapa conceptual (para lo cual puede utilizar la herramienta Cmap tools), este mapa

será socializado en la siguiente clase.



Guía 7: Acción Disolvente del Agua

IDEAS CLAVES

El agua posee características eléctricas que no se perciben fácilmente.

El agua tiene la propiedad de disolver compuestos iónicos y compuestos

moleculares.

Al disolver compuestos el agua adquiere propiedades que antes no tenía.


Reconozco la capacidad del agua para disolver compuestos iónicos y compuestos

moleculares.

Identifico propiedades que adquiere el agua al disolver compuestos iónicos y

moleculares.

Realizo experiencias para identificar las propiedades adquiridas por el agua al

disolver compuestos.

OBJETIVOS

Identificar las características polares de la molécula de agua.

Reconocer las características en cuanto a polaridad de las sustancias que se

disuelven el agua.

MATERIALES

Bombillo.

Roseta.

Cable para circuito eléctrico.

Tomacorriente

Vasos de plástico.

Agua destilada.

Sal de cocina.

Tinto.

Gaseosa.

Bebidas hidratantes comerciales.

Jabón líquido.

Alcohol.

Agua de la llave.

Azúcar.


PROCEDIMIENTO

Socializar el mapa conceptual de la lectura.

Aclarar dudas que se tengan sobre lo leído y si es necesario volver a leer.

Realizar el siguiente experimento:

Armar un circuito eléctrico con el bombillo, el cable, la roseta y el tomacorriente, como

se muestra en la figura 1.19.

Conectar el circuito eléctrico y probar que funcione; al unir los dos cables pelados el

bombillo debe encenderse.

Agregar agua destilada a un vaso de plástico limpio y seco.

Introducir las dos puntas del cable dentro del agua.

En el cuaderno escribir sus observaciones.

Agregar una pequeña cantidad de sal al agua y agitar hasta disolverla y de nuevo se

introducen los cables.

Escribir sus observaciones.

Retirar los cables de la disolución y lavar con agua destilada.

En otro vaso se agregar agua destilada y un poco de azúcar y agitar hasta disolver el

azúcar.

Introducir los cables del circuito.

En el cuaderno escribir las observaciones.

Repetir el procedimiento con los demás líquidos, lave los cables con agua, después

de cada inmersión.

Figura 1.20: Circuito eléctrico.

Figura tomada de (RICART, 2009)




Individualmente, escriba una explicación de las observaciones realizadas de cada

una de las experiencias.

Compartan en grupos las explicaciones hechas individualmente y escriban las

conclusiones.

Socialicen las conclusiones realizadas a los compañeros del salón y tengan en

cuenta las opiniones de sus compañeros para complementar sus conclusiones.

TRABAJO EN CASA

Realice un informe de la práctica teniendo en cuenta los criterios de informes

realizados anteriormente y agregue lo siguiente:

Observe en su casa procesos en los que se agregan sustancias al agua, identifique si

esas sustancias se disuelven o no, escriba una explicación breve del ¿por qué se

disuelven o no se disuelven esas sustancias en agua?

Hacer la lectura de las páginas 9 y 10 referente a mezclas. Realizar una lista de

términos desconocidos y buscar su significado.

Traer una muestra de agua residual, esta puede ser del lavado de los pisos, de los

platos, del beneficio del café, etcétera. También puede traer una muestra de algún

líquido como café, agua de panela, gaseosa, limonada, o algún jugo.


Guía 8: Disoluciones y Coloides

IDEAS CLAVES

Existen diferentes tipos de mezclas.

Los coloides y las disoluciones pueden ser confundidos.

Como podemos diferenciar una disolución de un coloide.


Reconozco la diferencia entre disolución y coloide.

Entiendo el efecto Tyndall y reconozco que este es un parámetro que se puede usar

para diferenciar una disolución de un coloide.

Identifico soluciones y coloides presentes en los procesos cotidianos.

OBJETIVOS

Reconocer los tipos de mezclas.

Utilizar el efecto Tyndall como un parámetro para diferenciar disoluciones y coloides.

MATERIALES

Gradilla para tubos de ensayo.

Tubos de ensayo.

Laser o linterna.

Agua de la llave.

Muestras de agua residual, tomada de

diferentes fuentes (lavado del café,

ropa, pisos).

Azúcar.

Sal.

Alcohol.

Desinfectantes.

Límpido.

Aceite de cocina.


Cámara fotográfica o celular con

cámara.



PROCEDIEMIENTO

Realizar la siguiente lectura en grupo. Recuerde hacer un listado de términos

desconocidos y su respectivo significado.

Coloides

Si dispersamos en agua partículas de arcilla finamente dividida, tarde o temprano se

decantan a causa de la atracción gravitacional. Las partículas de arcilla dispersadas son

mucho más grandes que las moléculas y consisten en muchos miles o incluso millones

de átomos. En contraste, las partículas dispersas de una disolución tienen tamaño

molecular. Entre estos extremos está la situación en la cual las partículas dispersadas

son más grandes que las moléculas; pero no tan grandes que los componentes de la

mezcla se separen bajo la influencia de la gravedad. Estos tipos intermedios de

dispersiones o suspensiones se denominan dispersiones coloidales o simplemente

coloides. Los coloides están en la línea divisoria entre las disoluciones y las mezclas

heterogéneas. Al igual que las disoluciones, los coloides pueden ser gases, líquidos o

sólidos.

El tamaño de la partícula dispersada se usa para clasificar una mezcla como coloide. El

diámetro de las partículas coloidales varía entre aproximadamente 10 y 2000 Å (recuerde

que el símbolo Å significa Armstrong que equivale a 10-10m y que 1 mm=1000 μm=1*106

nm=1*107 Å). Las partículas de soluto son más pequeñas. La partícula coloidal puede

consistir en muchos átomos, iones o moléculas, pero también puede ser una sola

molécula gigante. Por ejemplo, la molécula de hemoglobina, que transporta oxígeno en la

sangre, tiene dimensiones moleculares de 65 Å x 55 Å x 50 Å y un peso molecular de

64,500 uma.

Aunque las partículas coloidales pueden ser tan pequeñas que la dispersión aparece

uniforme incluso bajo un microscopio, son lo bastante grandes como para dispersar la luz

con gran eficacia. Por consiguiente, la mayor parte de los coloides tiene aspecto turbio u

opaco, a menos que estén muy diluidos. (La leche homogeneizada es un coloide.)

Además, por el hecho de dispersar la luz, es posible ver un haz de luz que atraviesa una

suspensión coloidal, como se muestra en la figura. Esta dispersión de la luz por las


partículas coloidales, conocido como efecto Tyndall, nos permite ver el haz de luz de los

faros de un automóvil en un camino polvoriento o la luz solar que atraviesa las copas de

los árboles en un bosque. No todas las longitudes de onda se dispersan igualmente. Es

por ello que vemos puestas de Sol color rojo brillante cuando está cerca del horizonte y el

aire contiene polvo, humo u otras partículas de tamaño coloidal (BROWN T. , 2004).

A B

Figura 1.21: A) Rayos de sol atravesando las copas de los árboles. B) Puesta del sol.

Figura tomada de (BROWN T. , 2004)

Individualmente escriba las diferencias que encuentra entre una disolución y un

coloide, teniendo en cuenta la lectura realizada en la casa y la lectura anterior.

Comparta con el compañero de grupo las diferencias encontradas y complemente su

lista.

Socialicen con los demás compañeros del salón y entre todos creen una lista con las

diferencias entre disoluciones y coloides.

Escriba la respuesta a la siguiente situación, inicialmente individual, luego con su

compañero de grupo y luego socialícela con los demás compañeros.

Si una gerente de una industria los va a contratar para un trabajo y les entregara una

muestra líquida desconocida, les dice que quiere saber qué tipo de mezcla es, si es

una disolución o un coloide, ¿qué prueba le harían a la muestra para determinar el

tipo de mezcla?

Prepare las siguientes mezclas en tubos de ensayo, recuerde rotular cada tubo de

ensayo para poder registrar sus observaciones correctamente (Realice fotografías

para hacer la presentación):

Agua y sal.

Agua y azúcar.



Agua y aceite.

Agua y desinfectante comercial para pisos.

Agua y límpido comercial.

Lleve a cabo el siguiente procedimiento.

Agitar fuertemente y por algunos segundos cada uno de los tubos que contiene las

mezclas.

A un vaso de precipitados añadir agua de la llave hasta completar su volumen.

Hacer pasar luz con un láser o una linterna a través del vaso.

Observar detenidamente (si es necesario utilice una lupa) lo que sucede y registrar

sus observaciones.

Realizar el mismo procedimiento con cada una de las mezclas preparadas.

Registrar las observaciones de cada mezcla.

Luego hacer el mismo procedimiento con las muestras, traídas de la casa.

En el cuaderno registrar cada una de las observaciones.


Ordene la información obtenida, en una tabla como la siguiente, añada las casillas

que sean necesarias:

Nº Mezcla o muestra Observación

1

2

¿Cómo se llama el fenómeno de dispersión de luz que se observa?

¿Por qué cree que en algunos casos se observa este fenómeno y en otros casos no

se observa?

Diseñe una tabla para clasificar cada una de las mezclas como disolución o coloide

de acuerdo con las observaciones obtenidas.

Socialice con sus compañeros la respuesta al interrogante y la clasificación, si es

necesario complemente sus respuestas y corrija su clasificación.


TRABAJO EN CASA

Identifique y describa coloides y disoluciones que no se hayan mencionado y que

encuentre en la vida cotidiana, (en la casa, en la finca o en el colegio).

Con las fotografías tomadas como evidencia de la actividad anterior, construya una

presentación en PowerPoint.

Lea las páginas 10, 11 y 12 “Propiedades físicas de las disoluciones”, “Cambios de

energía y formación de disoluciones”, realice la lista de los términos desconocidos

con sus significados.

Escriba las dudas que se presenten durante la lectura para ser aclaradas en clase.

Llevar alumbre común para la siguiente clase, este se puede conseguir en las

droguerías. Averiguar la solubilidad en agua del alumbre común o alumbre de

potasio.



Guía 9: Energía y Formación de Disoluciones

IDEAS CLAVES

Componentes de una disolución

Tipos de disoluciones.

Propiedades de las disoluciones.

Formación de disoluciones.


Identifico soluto y solvente en una disolución.

Reconozco los tipos de disoluciones que se pueden formar.

Identifico las fuerzas intermoleculares que existen entre soluto y disolvente.

Realizo experiencias para obtener disoluciones, diluidas, saturadas y sobresaturadas.

OBJETIVOS

Identificar como se compone una disolución.

Reconocer que tipos de disoluciones que se pueden formar a partir de la definición.

Reconocer que los cambios de temperatura afectan la solubilidad de las sustancias.

MATERIALES

Cápsula de porcelana con pistilo.


Mechero de alcohol.

Espátula.

Agua destilada.

Alumbre común.


PROCEDIMIENTO

ALUMBRE

Los alumbres son compuestos iónicos los cuales cristalizan a partir de soluciones que

contienen un anión sulfato (SO42-), un catión trivalente (Al3+, Cr3+, Fe3+) y un catión

monovalente (K1+, Na1+, NH41+, etc.). La mayoría de los alumbres cristalizan en

octaedros o en cubos, y bajo condiciones apropiadas pueden crecer de tamaños

considerables. La red cristalina contiene 12 moléculas de agua, 6 de las cuales están

fuertemente unidas al catión trivalente, mientras que las 6 restantes se unen débilmente

al anión sulfato y al catión monovalente. Estos compuestos tienen diferentes usos. Son

empleados, por ejemplo, como clarificantes del agua en plantas de tratamiento de aguas

municipales. En formulaciones de antitranspirantes se usan derivados de los alumbres,

debido a sus propiedades astringentes.

Triturar el alumbre común en una cápsula de porcelana.

Agregar 50 mL de agua a un vaso de precipitados.

Agrega un cristal pequeño de alumbre al agua, agitar hasta disolver el alumbre.

Continuar agregando alumbre hasta que quede un precipitado en el fondo del agua,

que a pesar de la agitación no se disuelva.

Calentar la disolución sin que esta llegue a ebullir, agitar hasta disolver el sólido del

fondo, continuar agregando alumbre tratando de mantener la misma temperatura y

sin dejar que se llegue a la ebullición.

Cuando ya no se disuelva más alumbre, retirar la disolución del calentamiento y dejar

en reposo y tapada, en un lugar alejado del viento, hasta que se enfríe.

Cuando la disolución este fría, destápela con mucho cuidado e introduzca un agitador

de vidrio.

Escriba sus observaciones.


¿Qué tipo de disolución se forma cuando se agrega un cristal de alumbre al agua?



¿Qué tipo de disolución se forma cuando se agrega alumbre hasta que no se

disuelve más alumbre a temperatura ambiente?

¿Qué tipo de disolución se forma cuando se calienta la disolución y se sigue

agregando alumbre?

¿Qué ocurre al introducir el agitador de vidrio en la disolución después de dejar

enfriar?

Socialice sus respuestas con los demás compañeros y complemente de ser

necesario.

TRABAJO EN CASA

Realice el informe de laboratorio teniendo en cuenta las indicaciones de los informes

anteriores. Adicionalmente conteste las siguientes preguntas.

Realizar la lectura de las páginas 12-16 “Factores que afectan la solubilidad”.

Escribir las palabras desconocidas y las preguntas que sobre la lectura puedan

surgir.


Guía 10: Factores que Afectan la Solubilidad

IDEAS CLAVES

Disolución de sustancias en agua.

Interacción soluto-disolvente.

Efecto de la presión en las disoluciones.

Los cambios de temperatura afectan la solubilidad de las sustancias.


Predice cuales sustancias se disuelven en agua, basado en las estructuras

moleculares.

Interpreta como serán las interacciones entre el soluto y el solvente.

Propone que cambios ocurrirían en los ecosistemas acuáticos cuando cambia la

temperatura del agua.

OBJETIVOS

Reconocer factores que afectan la solubilidad de las sustancias, basado en la

estructura molecular.

Predecir algunos fenómenos naturales basado en los efectos de presión y

temperatura que puede sufrir una disolución.

MATERIALES

Agua con gas.

Agua.

Sulfato de cobre.

Alcohol.

Hoja de papel (Celulosa).

Aceite de cocina.



PROCEDIMIENTO

Realizar la puesta en común acerca de la lectura “factores que afectan la solubilidad”,

resolver las preguntas que hayan surgido y aclarar las dudas.

Experimento 1.

Observe el agua con gas sin destaparla y anote sus características (puede hacer

pasa un haz de luz a través de ella para comprobar si es una disolución o es un

coloide).

Destape la botella y describa detalladamente lo que le ocurre al agua.

Tape de nuevo la botella y póngala durante 5 minutos en un baño maría previamente

calentado.

Destape de nuevo la botella.

Registre las observaciones en el cuaderno

Experimento 2.

Agregar un cristal de sulfato de cobre a 20 mL de agua y se agita.

Registrar sus observaciones en el cuaderno.

Agregar 2 mL de alcohol a 20 mL de agua.


Agregar unas gotas de aceite a 20 mL de agua.


Agregar trozos de papel a 50 mL de agua.



¿Por qué cree que salen burbujas del agua al destaparla, mientras que inicialmente

tapada no ocurre esto?

¿Qué sustancia forma las burbujas que se observan desprender?

Explique lo que sucede al calentar el agua con gas.

¿Qué ocurre cuando se destapa una gaseosa que ha estado expuesta al calor

durante largo tiempo? ¿A qué cree que se debe ese comportamiento?


¿Cuál será la causa por la que el papel y el aceite no se disuelven en el agua?

Busque la estructura molecular del sulfato de cobre, el alcohol, el papel y el aceite de

cocina, conociendo la estructura molecular de estos cuatro compuestos ¿puede

explicar por qué dos de ellos se disuelven en agua y dos no?

¿Al aumentar la temperatura del agua, aumenta la cantidad de sustancia que se

disuelve en todos los casos?

Socialice las respuestas del grupo con los demás compañeros de clase.

TRABAJO EN CASA

Leer páginas 16-20 “Formas de expresar la concentración”.

Escribir las palabras desconocidas y las preguntas que sobre la lectura puedan

surgir.

Llevar para la próxima clase, empaques o etiquetas de productos comerciales,

especialmente de fertilizantes de café que se utilizan en las fincas de la zona,

también puede llevar etiquetas de medicamentos, alimentos, bebidas, etcétera.



Guía 11: Formas de expresar la

concentración de una disolución

IDEAS CLAVES

Unidades de concentración.

Conversión de unidades de concentración.


Identifico las diferentes unidades en las que se puede expresar la concentración de

una disolución.

Realizo la conversión de unidades de concentración para tener más referentes de la

cantidad de soluto disponible en un volumen de disolución

OBJETIVOS

Reconocer las diferentes unidades de concentración de disoluciones.

Identificar por medio de las unidades de concentración la cantidad de soluto presente

en disoluciones comerciales.

MATERIALES

Empaques de fertilizantes comerciales, usados para fertilizar café.

Calculadora.

Cuaderno de notas.

Empaques o etiquetas de productos comerciales como medicamentos, empaques de

alimentos, bebidas, etcétera.


PROCEDIMIENTO

Repasar con el profesor la lectura dejada para la casa.

Aclarar dudas acerca de la lectura.

Realizar el siguiente taller de ejercicios en clase:

Una planta de café tiene deficiencia de cobre (Cu), para corregir esta deficiencia

el técnico recomienda preparar una disolución de sulfato de cobre (II) (CuSO4), de

la siguiente manera: Se disuelven 13,5 g de sulfato de cobre (II) en 0,100 kg de

agua. ¿Cuál es el porcentaje en masa, la molaridad y la molalidad de la disolución

preparada?

Se quiere prepara un refresco de 20 % en masa de azúcar (glucosa), se debe

averiguar la cantidad de azúcar (sacarosa) necesaria para mezclarla con 5,70 L

de agua.

Una bebida alcohólica posee 4 % de etanol (C2H5OH), la densidad del etanol es

0,789 g/cm3, calcule la concentración de esta bebida en términos de molaridad,

molalidad y fracción molar.

Un chocolate en la etiqueta dice que tiene el 10 % de azúcar, al preparar una

pastilla de chocolate de aproximadamente 10 g en 100 mL de agua toda el azúcar

se disuelve en el agua. La disolución formada ¿qué molaridad, molalidad y

porcentaje en masa, de azúcar tiene?

Las baterías de carro para funcionar tiene ácido sulfúrico (H2SO4), por lo general

la concentración de este ácido es 3,75 M y tiene una densidad de 1,230 g/mL.

Calcule el porcentaje en masa, molalidad y fracción molar del ácido sulfúrico.

El ácido ascórbico es una vitamina más conocida como vitamina C (C6H8O6), esta

vitamina es soluble en agua. Una disolución que contiene 80,5 g de vitamina C,

disuelto en 210 g de agua tiene una densidad de 1,22 g/mL a 55 ºC. Calcule, a) el

porcentaje en masa. b) la molalidad. c) la molaridad. d) la fracción molar del ácido

ascórbico en esta disolución.

El ácido acético (C2H4O2), conocido comúnmente como vinagre, comercialmente

es vendido como una disolución al 6 % en agua. Si se compra 1 L de vinagre

¿qué cantidad en gramos de vinagre realmente compramos?, Calcule la



concentración del vinagre en términos de, molaridad, molalidad, partes por millón

y fracción molar.

Tome los empaques o etiquetas comerciales traídos a clase, observe los cuadros de

información nutricional en el caso de alimentos o bebidas, en el caso de fertilizantes y

medicamentos el cuadro de composición.

Observe las unidades de concentración que se utilizan para cada uno de los

componentes del producto.

Si se agregan 235 g del fertilizante comercial “triple 15 (15% de nitrógeno, 15% de

fosforo, 15% de potasio)” a 1,50 L de agua ¿qué concentración de nitrógeno

tendremos en la disolución? Exprese la concentración en unidades de molaridad,

molalidad, partes por millón (ppm) y fracción molar.

Repita el cálculo para hallar la concentración de potasio y fosforo.

En el caso de los medicamentos líquidos calcule la concentración de tres

componentes en términos de molaridad, molalidad, partes por millon (ppm), fracción

molar y porcentaje en masa.


Diseñar en grupos dos ejercicios similares a los realizados anteriormente, para que

uno de sus compañeros lo desarrolle en el tablero.

TRABAJO EN CASA

Terminar los ejercicios que no se alcanzaron a realizar.

Traer el trabajo realizado con el terrario.


BIBLIOGRAFÍA

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