Actividad de Qu ímica: Quítate Tú Pa’ Ponerme Yo

1. Alianza para el Aprendizaje de Ciencias y Matemáticas (AlACiMa) Actividad de Química:Quítate Tú Pa’ Ponerme Yo Junio 1, 2007 Dr. Noel Motta y Dra. Rosa V. Flores, UPR-Río Piedras

2. Quítate tú pa’ ponerme yo • Clasificar una mezcla como homogénea o heterogénea y describir las características de cada uno de esos tipos de mezclas. • Aplicar el concepto densidad para predecir cómo se distribuyen dos o más líquidos inmiscibles al mezclarlos. • Demostrar que al añadir un soluto a una mezcla de disolventes inmiscibles, hay una partición de ese soluto entre los disolventes. Objetivos

3. Quítate tú pa’ ponerme yo • Representar la formación de una mezcla homogénea o mezcla heterogénea mediante una representación a escala molecular. • Describir, mediante una representación a escala molecular, el efecto que tiene una sal que se disuelve en agua en la capacidad de ésta para disolver otros solutos. • Definir operacionalmente el proceso de “salting-out”. Objetivos

4. Quítate tú pa’ ponerme yo Estándares Atendidos • La naturaleza de la ciencia Las explicaciones científicas deben cumplir con los siguientes criterios: ser consistentes con la prueba experimental y tener una estructura lógica. • Los sistemas y los modelos La utilidad de un modelo puede probarse por medio de una comparación entre las predicciones hechas a base de este y las observaciones

5. Quítate tú pa’ ponerme yo Estándares Atendidos • La estructura y los niveles de organización de la materia Las propiedades características de las sustancias pueden ser utilizadas para separarlas e identificarlas cuando están presentes en una mezcla. Las propiedades macroscópicas de las sustancias dependen de las combinaciones y de las estructuras específicas de los átomos que las componen.

6. Quítate tú pa’ ponerme yo Estándares Atendidos • Las interacciones Las sustancias, al juntarse, pueden formar mezclas o reaccionar químicamente. • La conservación y el cambio Cuando se perturba un sistema, algunas propiedades cambian y otras se conservan.

7. Agua – Disolvente Universal d− d+ d− d+ Molécula Polar • Excelente solvente debido a su polaridad y a su • habilidad de hacer Puentes de Hidrógeno. • Capacidad Calórica y DHevaporación Altos. • Tension Superficial y Capilaridad Altas. • Densidad de Agua Sólida Menor que Densidad de Agua Líquida. Propiedades Únicas del Agua

8. Puentes de Hidrógeno en Agua El Agua puede formar hasta cuatro Puentes de Hidrógeno con cuatro moléculas de Agua arregladas de manera tetrahedral. d+ d– El Agua tiene dos enlaces O-H y dos pares de electrones solitarios. Figura 12.21 Silberberg “The Molecular Nature of Matter and Change” 4ta Ed.

9. Estados de la Materia Fases Condensadas Cada Estado Físico (s, ℓ, g) es un tipo de Fase Fase: Parte físicamente distinta y homogénea de la materia. Fase acuosa (ac): la que contiene agua. Partículas muy cercanas Partículas menos cercanas Partículas más lejanas y muy organizadas. y más desorganizadas. y muy desorganizadas.

10. Representación de la Materia a Escala Molecular Mezcla: Elemento: Elemento: Compuesto: Átomos de dos o más clases unidos mediante enlace químico. Átomos de una sola clase unidos mediante enlace químico. Átomos de una sola clase. Dos o más elementos o compuestos unidos físicamente.

11. Materia Clasificación de la Materia Sustancia Mezcla Elemento Compuesto Homogénea Heterogénea Soluciones Coloides Suspensiones

12. Fuerzas Que Pueden Existir en la Materia Fuerzas Intermoleculares: Existen entre partículas. Pueden ocurrir entre moléculas, átomos o iones. Afectan las propiedades físicas de una sustancia. Fuerzas Intramoleculares: Existen dentro de las partículas. Producen distintos tipos de enlaces (iónico, covalente, metálico). Afectan las propiedades químicas de una sustancia.

13. Fuerzas Intermoleculares Predominantes en Soluciones Figura 13.1 Silberberg 4ta Ed.

14. Componentes de una Solución Soluto: Componente de la solución que se disuelve en el Disolvente. Usualmente se encuentra en menor cantidad. Disolvente: Componente de la solución que disuelve al Soluto. Usualmente se encuentra en mayor cantidad. Figura 3.13

15. Solubilidad de Solutos Solubilidad –es la cantidad máxima de soluto que se disuelve en una cantidad fija de disolvente a cierta temperatura. Anión acuoso (ac) Catión acuoso (ac) Ion (ac): ion rodeado de moléculas de agua. Figura 4.2 Silberberg 4ta Edición

16. Agua Metanol (un tipo de Alcohol) Líquidos Miscibles: Alcohol y Agua Sustancias Miscibles Sustancias que pueden disolver a la otra en cualquier proporción. El Alcohol y el Agua son miscibles porque tienen afinidad el uno por el otro. CH3OH Figura 13.3 Silberberg 4ta Ed.

17. Agua Hexano (un tipo de Alcano) Líquidos Inmiscibles: Hexano y Agua Líquidos Inmiscibles Líquidos que NO pueden disolver al otro porque no existe afinidad entre sí. Se forman dos fases. El Hexano y el Agua son inmiscibles porque no tienen afinidad el uno por el otro. C6H14 Usualmente, el de menor Densidad está arriba.

18. Hydrogen Gas 0.0000899 Oxygen Gas 0.00133 Grain alcohol Liquid 0.789 Water Liquid 0.998 Table salt Solid 2.16 Aluminum Solid 2.70 Lead Solid 11.3 Gold Solid 19.3 Densidad = Masa / Volumen Substance Physical State Density (g/cm3, g/mL) *At room temperature(200C) and normal atmospheric pressure(1atm). Tabla 1.5 Silberberg 4ta Ed.

21. Parte I: Demostración Interactiva 1 A. Tinción de Yodo en Agua y en Bencina. Agua y 5 gotas de Tinción de Yodo Bencina y 5 gotas Tinción de Yodo

22. 1 Sí 1 Sí

23. Bencina y Tinción de Yodo – ¿Mezcla Homogénea? Bencina y 5 gotas Tinción de Yodo Tinción de Yodo es Solución Acuosa. Bencina y Tinción de Yodo – Mezcla Heterogénea

24. Bencina 2 Agua Densidad Bencina = 0.6 – 0.7 g/mL No Densidad Agua = 1.0 g/mL

25. Parte I: Demostración Interactiva 1 C. Tinción de Yodo en Bencina y Agua. Fase de Bencina Bencina y Agua no tienen afinidad el uno por el otro, así que se separan en dos fases. Fase Acuosa Tinción de Yodo en Bencina y Agua

26. Yodo y Bencina 2 Yodo y Agua Yodo en Agua Yodo en Bencina Yodo en Bencina y Agua Bencina

27. Yodo se distribuye de manera diferente en Bencina y en Agua. Yodo exhibe diferencias en cuanto a partición en cada disolvente. Mayor cantidad de Yodo en Fase de Bencina. Menor cantidad de Yodo en Fase Acuosa. Bencina y 5 gotas de Tinción de Yodo 10 gotas de Tinción de Yodo en Bencina y Agua Agua y 5 gotas de Tinción de Yodo

28. Partición de un Soluto (Yodo) en Dos Disolventes (Bencina y Agua) Hay más yodo en la fase de Bencina que en la fase acuosa porque yodo tiene mayor afinidad por Bencina. Partición – lo que ocurre cuando un soluto se distribuye de una manera característica entre dos líquidos inmiscibles según su afinidad con cada disolvente.

29. Yodo y Aceite 2 Yodo y Agua Yodo en Agua Yodo en Aceite Yodo en Aceite y Agua Aceite

30. Conclusiones de la Parte I Parte I: Demostración Interactiva 1 – Mezcla Homogénea y Heterogénea A. Tinción de Yodo en Agua y en Bencina La Tinción de Yodo se disuelve en Bencina y en Agua, así que Yodo tiene afinidad por ambos disolventes. B. Bencina y Agua La Bencina y el Agua no son miscibles, no se mezclan, así que no tienen mucha afinidad el uno por el otro. Como Bencina tiene densidad menor que la de Agua, Bencina flota sobre la fase acuosa. C. Tinción de Yodo en Bencina y Agua El Yodo en la Tinción de Yodo tiene mayor afinidad por Benzina que por Agua.

31. - - - - - + + + + + 1 Sí

32. 2 No

33. - - + + - + + - + -+ - -+ - + - + 2 Sí, pero parcialmente. Conclusión de la Parte II: La Sal de Mesa (NaCl) tiene mayor afinidad por el Agua y menor afinidad por la Bencina.

35. 1 Sí

36. + + + + + + 2- 2- 2- Alcohol Sal y Agua 2 Densidad Alcohol = 0.7 – 0.8 g/mL Agua Densidad Agua = 1.0 g/mL

37. Parte III: Tarea en Grupos C. Tinte Azul en Alcohol Isopropílico (70%) y Tinte Azul en Agua Alcohol y una gota de Tinte Azul Agua y una gota de Tinte Azul

38. 1 Sí

40. Parte III: Tarea en Grupos – Tinte Azul en Alcohol, Agua, y Carbonato de Sodio El Tinte Azul tiene mayor afinidad por la fase del Alcohol Isopropílico que por la fase Acuosa. El Carbonato de Sodio añadido acapara tanto el Agua, que la afinidad entre Alcohol Isopropílico y Agua disminuye y se separan en dos fases. Tinte Azul en Fase de Alcohol Densidad Alcohol = 0.7 – 0.8 g/mL Fase Acuosa Densidad Agua = 1.0 g/mL Alcohol, Agua, Carbonato de Sodio y una gota de Tinte Azul.

41. + + + + + + 2- 2- 2- C. Tinte Azul en Agua, Alcohol y Carbonato de Sodio: Tinte y Alcohol Sal y Agua 2 Densidad Alcohol = 0.7 – 0.8 g/mL Acuosa Densidad Agua = 1.0 g/mL

42. Conclusiones de la Parte III Parte III: Tarea en Grupos – Alcohol, Agua y Carbonato de Sodio A. Agua y Alcohol Isopropílico El Agua y el Alcohol Isopropílico tienen afinidad el uno por el otro y son miscibles. B. Carbonato de Sodio en Mezcla de Agua y Alcohol 70% La Sal llamada Carbonato de Sodio (Na2CO3) tiene mayor afinidad por el Agua que por el Alcohol Isopropílico. La Sal acapara al Agua de tal forma que la afinidad entre el Alcohol y el Agua disminuye, y se separan en fases distintas. C. Tinte Azul en Agua, Alcohol y Carbonato de Sodio El Tinte Azul tiene mayor afinidad por el Alcohol Isopropílico que por el Agua, y por eso se disuelve en la fase del Alcohol que se encuentra sobre la fase acuosa.

43. “Salting out” – proceso en el cual se desplaza un soluto de una solucion por partículas de una sal que tienen mayor afinidad por el agua. El soluto desplazado tiende a agregarse y formar una fase separada a la fase acuosa.

44. Cierre de la Actividad ¿A qué se debe que esta actividad lleve el título, “Quítate tú pa’ ponerme yo”? Se refiere a que un soluto puede reducir la capacidad de un disolvente para disolver a otro soluto. La sal, carbonato de sodio, redujo la habilidad del agua de disolver al alcohol isopropílico. Es como si la sal le estuviera diciendo al alcohol: “Quítate tú pa ponerme yo”.