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Introducción
La mayoría de los materiales que nos rodean no son sustancias puras, sino mezclas: el aire, el agua del mar, la leche o el granito. En esta lección aprenderás a distinguir los tipos de mezclas, a calcular la concentración de una disolución y a elegir el método adecuado para separar sus componentes, con ejemplos resueltos y ejercicios guiados.
Explicación
Una sustancia pura tiene una composición fija y propiedades características constantes (por ejemplo, el agua destilada o el hierro). Una mezcla está formada por dos o más sustancias que no reaccionan entre sí, de modo que cada una conserva sus propiedades y su proporción puede variar.
Mezcla heterogénea: se distinguen sus componentes a simple vista o con lupa (arena con agua, granito, agua con aceite).
Mezcla homogénea o disolución: tiene el mismo aspecto y composición en todos sus puntos (agua con sal, aire, bronce).
En una disolución, el disolvente es el componente que está en mayor proporción y el soluto, el que está en menor proporción. La concentración indica cuánto soluto hay en una cantidad de disolución:
Concentración en masa (g/L) = masa de soluto (g) / volumen de disolución (L).
Porcentaje en masa = (masa de soluto / masa de disolución) · 100.
Porcentaje en volumen = (volumen de soluto / volumen de disolución) · 100.
Recuerda que la masa de disolución es la suma de la masa de soluto y la de disolvente.
Para separar mezclas se aprovechan las diferencias entre las propiedades de sus componentes:
Heterogéneas: filtración (sólido insoluble y líquido), decantación (líquidos que no se mezclan, o un sólido que se deposita en el fondo), tamizado (sólidos de distinto tamaño) y separación magnética (un componente atraído por un imán).
Homogéneas: evaporación y cristalización (recuperar un sólido disuelto) y destilación (separar líquidos con distinta temperatura de ebullición, o recuperar el disolvente).
Ejemplo
Ejemplo 1. Se disuelven 30 g de azúcar en agua hasta obtener 750 mL de disolución. ¿Cuál es la concentración en g/L?
Pasamos el volumen a litros: 750 mL = 0,75 L. Concentración = 30 g / 0,75 L = 40 g/L.
Ejemplo 2. Se disuelven 10 g de sal en 190 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje en masa de sal?
Masa de disolución = 10 + 190 = 200 g. Porcentaje en masa = (10 / 200) · 100 = 5 %. Error frecuente: dividir entre 190 g, que es solo la masa del agua.
Ejemplo 3. ¿Cómo separarías una mezcla de arena y sal? Se añade agua para disolver la sal, se filtra para retener la arena y, por último, se evapora el agua para recuperar la sal.
Ejercicios
Una disolución tiene una concentración de 40 g/L. ¿Qué masa de soluto hay en 250 mL de esa disolución?
¿Qué método usarías para separar una mezcla de limaduras de hierro y arena?
Material adicional
Reacciones químicas en la vida cotidiana
Las reacciones químicas no ocurren solo en los laboratorios. Están presentes en nuestra vida cotidiana de muchas formas: cuando cocinamos, cuando respiramos, cuando una fruta madura o cuando un metal se oxida.
La combustión
La combustión es una reacción química en la que una sustancia (combustible) reacciona con el oxígeno (comburente) produciendo calor, luz y generalmente CO₂ y H₂O.
El metano es el principal componente del gas natural que usamos en las cocinas y calefacciones. Al quemar 1 mol de metano (16 g) se liberan unos 890 kJ de energía.
La oxidación
La oxidación es la reacción de una sustancia con el oxígeno. Es similar a la combustión pero más lenta. Un ejemplo muy conocido es la oxidación del hierro (formación de herrumbre):
4 Fe + 3 O₂ + agua → 2 Fe₂O₃ · H₂O (herrumbre)
Para evitar la oxidación del hierro se pueden usar pinturas protectoras, galvanización (recubrimiento con zinc) o fabricar aleaciones como el acero inoxidable.
La fermentación
La fermentación es un proceso químico realizado por microorganismos (levaduras, bacterias) que transforman sustancias orgánicas. Hay dos tipos principales:
• Fermentación alcohólica: las levaduras transforman los azúcares en alcohol etílico y CO₂. Es la base de la elaboración del pan, el vino y la cerveza. C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
• Fermentación láctica: las bacterias transforman la lactosa de la leche en ácido láctico. Es la base de la elaboración del yogur y el queso.
La respiración celular
Nuestras células obtienen energía mediante la respiración celular, una reacción química en la que la glucosa reacciona con el oxígeno:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía
Esta reacción ocurre en las mitocondrias de cada célula y nos proporciona la energía que necesitamos para vivir.
La fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso inverso a la respiración: las plantas utilizan la energía del sol para transformar CO₂ y agua en glucosa y oxígeno:
6 CO₂ + 6 H₂O + energía solar → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Velocidad de las reacciones
No todas las reacciones químicas ocurren a la misma velocidad. Algunos factores que influyen en la velocidad de reacción son:
Factor
Efecto
Ejemplo
Temperatura
A mayor temperatura, mayor velocidad
Los alimentos se cocinan más rápido a mayor temperatura
Concentración
A mayor concentración, mayor velocidad
Una cerilla arde mejor en oxígeno puro que en aire
Superficie de contacto
A mayor superficie, mayor velocidad
Un comprimido efervescente triturado reacciona antes que uno entero
Catalizadores
Aceleran la reacción sin consumirse
Las enzimas de nuestro cuerpo aceleran las reacciones biológicas
📌 Recuerda
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción sin consumirse ni alterarse permanentemente. Las enzimas son catalizadores biológicos presentes en los seres vivos.
🤔 ¿Sabías que…?
El convertidor catalítico de los coches contiene catalizadores (platino, paladio, rodio) que transforman los gases tóxicos del motor (CO, NOₓ, hidrocarburos) en sustancias menos contaminantes (CO₂, N₂, H₂O).
✏️ Ejercicios
1. Define combustión e indica cuáles son los productos habituales de una combustión completa.
2. Escribe la ecuación ajustada de la combustión del propano (C₃H₈).
3. Explica la diferencia entre combustión y oxidación lenta.
4. ¿Qué es la fermentación alcohólica? ¿Para qué se utiliza?
5. Compara la respiración celular y la fotosíntesis: ¿en qué se parecen y en qué se diferencian?
6. Indica cuatro factores que influyen en la velocidad de una reacción y explica cada uno.
7. ¿Por qué guardamos los alimentos en el frigorífico? Relaciónalo con la velocidad de reacción.
8. ¿Qué es un catalizador? ¿Qué papel desempeñan las enzimas?
9. Explica por qué un papel arrugado arde más rápido que una hoja de papel lisa de la misma masa.
10. Identifica las siguientes reacciones como combustión, oxidación, fermentación o fotosíntesis: a) Una vela que arde. b) Un clavo que se oxida. c) La levadura hace subir la masa del pan. d) Una planta produce oxígeno.
📋 Resumen de la lección
La combustión es la reacción rápida de un combustible con O₂, produciendo CO₂, H₂O, calor y luz.
La oxidación es la reacción lenta de un material con el oxígeno (ejemplo: herrumbre del hierro).
La fermentación es un proceso químico realizado por microorganismos (alcohólica y láctica).
La respiración celular obtiene energía de la glucosa; la fotosíntesis produce glucosa a partir de CO₂ y H₂O.
La velocidad de reacción depende de la temperatura, la concentración, la superficie de contacto y los catalizadores.
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