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Zum03.qxd 12/9/06 10:58 am Page 65 Mezcla de sólido y líquido Embudo El papel filtro atrapa el sólido Varilla de agitación Filtrado (componente líquido de la mezcla) Figura 3.8 La filtración permite separar un líquido de un sólido. El líquido atraviesa el papel filtro, pero las partículas de sólido quedan atrapadas en éste. Cuando el agua del Great Salt Lake (Gran Lago Salado) se evapora (es decir, cambia a gas y se escapa) deja depósitos de sal. Ésta es una de las principales fuentes comerciales de sal en Estados Unidos. Destilación (método físico) 3.5 Separación de mezclas 65 Disolución de agua salada Agua pura (mezcla homogénea) Figura 3.7 No se produce cambio químico cuanto se destila agua salada. do son ejemplos de cambios físicos. Al separar una mezcla de sustancias no cambia la composición individual de las mismas. Esto se representa en la figura 3.7. Suponga que se toma un poco de arena de la muestra de agua de mar. Esta muestra es una mezcla heterogénea porque contiene un sólido no disuelto en la disolución de agua de mar. Se puede separar la arena por filtración simple. Se vacía la mezcla sobre algún filtrante, como papel filtro, el cual permite que el líquido lo atraviese y deja atrás al sólido (véase la figura 3.8). A continuación se separa la sal del agua por destilación. El proceso de separación total se representa en la figura 3.9. Todos los cambios ocurridos son de tipo físico. La descripción de la materia del presente capítulo se resume en el diagrama de la figura 3.10. Observe que una muestra dada de materia puede ser una sustancia pura (ya sea un elemento o un compuesto) o con mayor frecuencia una mezcla (homogénea o heterogénea). Se ha visto que toda la materia se forma de elementos o puede descomponerse en ellos, y éstas son las sustancias de tipo fundamental descritas hasta el momento. En el siguiente capítulo se presentan más datos acerca de la naturaleza de los elementos. Mezcla de arena y agua de mar Filtración (método físico) Arena Sal Disolución de agua de mar Figura 3.9 Separación de una mezcla de arena y agua de mar. + + Destilación (método físico) Sal + Agua pura
Zum03.qxd 12/9/06 10:58 am Page 66 66 Capítulo 3 Materia y energía Figura 3.10 La clasificación de la materia. 3.6 ••••• Figura 3.11 En el hielo, las moléculas de agua vibran al azar de acuerdo con sus posiciones en el sólido. Sus movimientos los representan las flechas. Mezclas homogéneas Elementos Materia Métodos físicos Sustancias puras Métodos químicos Mezclas heterogéneas Compuestos Energía, temperatura y calor OBJETIVO: Estudiar la energía y sus efectos en la materia. Comprender el significado de temperatura y calor. La energía es un término conocido. Se habla de energía solar, energía nuclear y energía del carbón y de la gasolina, y cuando las personas están cansadas dicen que se les “agotó la energía”. La energía permite “hacer cosas” —trabajar, conducir un automóvil a la escuela y cocinar unos huevos. Una definición común de energía es la capacidad para efectuar trabajo. Una de las manifestaciones de la energía se aprecia en los cambios de temperatura de las sustancias. Por ejemplo, con frecuencia se calienta agua empleando la energía de la estufa o de un mechero Bunsen. Como se verá después con mayor detalle, la temperatura de una sustancia refleja los movimientos aleatorios de sus componentes. Por ejemplo, en el hielo los componentes son moléculas de agua que vibran en forma aleatoria en torno a sus posiciones fijas en el sólido, como se representa en la figura 3.11. Cuando el sólido se calienta a temperaturas más altas, las vibraciones aleatorias se hacen más intensas. Por último, en el punto de fusión del hielo las moléculas vibran con tal energía que pueden desprenderse de sus posiciones, por lo que el hielo rígido se transforma en agua líquida. Al aplicar el mechero de Bunsen a un cubo de hielo, parte de la energía de la reacción entre el gas natural (el combustible del mechero) y el oxígeno del aire se transfiere al hielo, lo que ocasiona que éste se funda. Este flujo de energía se llama calor, el cual se define como un flujo de energía debido a una diferencia de temperatura. Para ilustrar más ampliamente los conceptos de calor y temperatura considere un experimento en el cual se coloca 1.00 kg de agua caliente (90 C) a 1.00 kg de agua fría (10 C) en una caja aislada. Las muestras de agua están separadas una de otra por una placa delgada (véase la figura 3.12). ¿Sabe lo que ocurrirá?: el agua caliente se enfriará y el agua fría se calentará. Pero, ¿qué está sucediendo exactamente? Como las moléculas de H 2O del agua caliente se desplazan más rápido que las del agua fría (véase figura 3.13), se transferirá energía a través de la pared metálica del agua caliente hacia el agua fría. Esta transferencia de
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