Fundamentos de Química y Física: Mezclas, Soluciones y Modelo Atómico
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Química: Mezclas, Disoluciones y Cálculos
1. Ejemplos de Sustancias Puras, Mezclas Homogéneas y Heterogéneas
- Sustancias Puras: agua, azúcar, sal.
- Mezclas Homogéneas: agua con sal, agua y alcohol, agua con azúcar.
- Mezclas Heterogéneas: agua con aceite, agua con tierra, agua con mercurio.
2. Fundamento de los Métodos de Separación
Los métodos de separación se basan en las **distintas propiedades físicas** que presentan los componentes de una mezcla.
3. Análisis y Separación de una Mezcla Compleja (Agua, Arena, Aceite y Azúcar)
a) Tipo de Mezcla
Es una mezcla **heterogénea**.
b) Número de Componentes
Cuatro componentes: **agua, arena, aceite y azúcar**.
c) Métodos de Separación
En esta mezcla, se observan **tres fases**: una fase acuosa (agua + azúcar disuelto), una fase sólida (arena) y una fase líquida (aceite). Para separar los componentes, se podrían utilizar los siguientes métodos:
- Separación de agua y arena: **Filtración**.
- Separación de agua y aceite: **Decantación**.
- Separación de agua y azúcar: **Cristalización** (o evaporación).
4. Veracidad de la Afirmación: "Como el azúcar es soluble en agua..."
La afirmación completa sería: "Como el azúcar es soluble en agua, se puede disolver cualquier cantidad de azúcar en un volumen dado de agua".
Esta afirmación es falsa. En un volumen dado de agua, solo se puede disolver la cantidad que indique la solubilidad de esa sustancia a una temperatura específica. Una vez alcanzado el límite de solubilidad, la disolución se considera saturada y no se disolverá más soluto.
5. Interpretación de Curvas de Solubilidad
La **solubilidad** de las sustancias varía en función de la **temperatura**.
- Para el **NaCl** (cloruro de sodio), la gráfica muestra que su solubilidad **varía poco** con la temperatura.
- Para el **Na₂SO₄** (sulfato de sodio) y el **Ce₂(SO₄)₃** (sulfato de cerio(III)), su solubilidad **disminuye** con el aumento de la temperatura.
6. Preparación de una Disolución Acuosa de Yoduro de Potasio al 5%
Para preparar 50 g de una disolución acuosa de yoduro de potasio (KI) al 5% en masa, se utiliza la siguiente fórmula:
% masa = (masa de soluto / masa de disolución) * 100
Despejando la masa de soluto:
Masa de soluto = (% masa * masa de disolución) / 100
Masa de KI = (5 * 50) / 100 = 250 / 100 = 2.5 g
Para calcular la masa de agua necesaria:
Masa de agua = Masa de disolución - Masa de soluto
Masa de H₂O = 50 g - 2.5 g = 47.5 g
Por lo tanto, se necesitan **2.5 g de yoduro de potasio** y **47.5 g de agua** para preparar la disolución.
7. Cálculo de la Masa de Alcohol en una Disolución Acuosa
Para calcular la masa de alcohol en 75 g de una disolución acuosa al 4% en masa, aplicamos la misma fórmula de porcentaje en masa:
Masa de alcohol = (% masa * masa de disolución) / 100
Masa de alcohol = (4 * 75) / 100 = 300 / 100 = 3 g
En 75 g de esta disolución, habrá **3 g de alcohol**.
8. Efecto de la Dilución en la Concentración de una Disolución
Si se añade agua a una disolución acuosa con una concentración de 1.5 g/L hasta **duplicar su volumen**, la **concentración disminuirá a la mitad**.
La nueva concentración será de 0.75 g/L. Esto se debe a que la masa de soluto permanece constante, pero se distribuye en el doble de volumen, resultando en una disolución más diluida.
Física: Electricidad y Estructura Atómica
1. Tipos de Electricidad según Charles-François de Cisternay du Fay
Según los experimentos de **Charles-François de Cisternay du Fay**, especialmente con el péndulo electrostático, se identificaron **dos tipos de electricidad**: la que se denominó **positiva (+)** y la **negativa (-)**.
Se observó que los cuerpos con el mismo tipo de electricidad se repelen, mientras que los cuerpos con distinto signo se atraen.
2. Veracidad de la Afirmación: "Un átomo ha perdido 3 electrones, por tanto adquiere una carga +3"
Esta afirmación es **verdadera**.
Un átomo neutro posee un número igual de protones (cargas positivas) y electrones (cargas negativas), lo que resulta en una carga neta de cero.
Si un átomo pierde 3 electrones (cargas negativas), se queda con un exceso de 3 protones (cargas positivas). Por lo tanto, adquiere una carga neta de +3, convirtiéndose en un ion positivo (catión).
La neutralidad del átomo se debe a que la carga nuclear positiva y la carga negativa de la corteza electrónica se compensan.
3. Modelo Atómico de Rutherford: Partes del Átomo
Según el modelo atómico de **Rutherford**, el átomo se puede dividir en las siguientes partes y características:
- Núcleo Atómico: El átomo consta de un **núcleo muy pequeño** en el centro, que concentra casi la **totalidad de la masa** del átomo y está cargado **positivamente**.
- Espacio Vacío: La mayor parte del átomo es **espacio vacío**. Esto se deduce de que la mayoría de las **partículas alfa** atraviesan la lámina sin desviarse.
- Corteza Electrónica: Alrededor del núcleo se mueven los **electrones**, formando una **corteza** o nube electrónica. Esta zona externa al núcleo está cargada **negativamente**.
- Neutralidad Eléctrica: El átomo es **eléctricamente neutro** porque la carga nuclear positiva se compensa con la carga negativa total de los electrones en la corteza.