Quimica_unidad1

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IntroduccIón 
al estudIo 
de la químIca
Los objetivos de la presente unidad son que el alumno: 
•	 Comprenda	la	importancia	de	la	Química	en	el	estudio	de	su	carrera	profesional	
y en el desarrollo de la industria de la transformación de sustancias naturales en 
materiales útiles para satisfacer las necesidades de la sociedad.
•	 Aplique	 los	 conceptos	básicos	 sobre	materia,	 sus	 estados	de	 agregación	 y	 las	
transformaciones entre las diversas fases de organización de la misma.
•	 Distinga,	por	sus	propiedades	físicas	y	químicas,	entre	sustancia	pura	y	mezcla	y	
la forma de separarlas empleando procesos físicos y químicos.
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Introducción al estudio de la química
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¿Por qué estudiar química?
El asombro por la observación del mundo que le rodea, le ha permitido al ser humano desarro-
llar su inteligencia y su creatividad a partir de la curiosidad con la que cuenta, y que es caracte-
rística de su condición humana.
Observa en su entorno seres vivos semejantes a él y algunos que no lo son, objetos 
inanimados de diferentes clases, paisajes que varían según el lugar donde se encuentre ubicado, 
sucesos que ocurren de manera natural; descubre tanto propiedades como fases que se suceden 
de alguno de esos eventos; comienza a reconocer sus propias ideas y reflexiones respecto de lo 
que observa, de cómo lo observa (percatación) y de cómo puede utilizar lo que observó. Se 
auxilia de clasificaciones de aquello que perciben sus sentidos y descubre su interés en algunos 
temas particulares. 
Desarrolla	un	pensamiento	sistemático	que	lo	conduce	a	comprender	su	universo	y	a	establecer	
bases adecuadas para continuar el estudio de cualquier evento de manera científica. Uno de los 
temas de su interés es el estudio de la composición de la materia y la energía, y las distintas formas 
en que éstas se encuentran en la naturaleza; también la transformación de ellas para dar origen 
a múltiples materiales que transforma para satisfacer sus necesidades. Incluso ha desarrollado 
sistemas llamados industrias que se encargan de dichas transformaciones.
Si damos un vistazo al mundo que nos rodea podremos observar que ha habido un gran 
desarrollo en la industria de los alimentos, la construcción, la medicina, la robótica, la industria 
textil, la electrónica, la tecnología de autos, aviones y naves espaciales, etcétera.
Es entonces cuando se requiere que existan personas especializadas en estos campos de 
conocimiento. Se les llama profesionales y entre ellos están los ingenieros: civiles, industriales, 
mecánicos, químicos, electrónicos, mecatrónicos e inclusive los ingenieros en computación. 
Todos ellos necesitan, para su desempeño laboral, conocer las características físicas y químicas 
de un gran número de materiales entre los que puedan seleccionar aquellos que respondan a 
necesidades específicas de su campo. En resumen, el conocimiento de los materiales, sean éstos 
naturales, artificiales, sintéticos o modificados por el ser humano, es de suma importancia para 
un estudiante de ingeniería: la química está presente en todas partes.
La estructura de un material depende de su composición y de la disposición de los átomos, 
iones o moléculas que lo forman, lo que determina la manera en que se unen a través de enlaces 
químicos al interaccionar con otras sustancias. El estudio de la química es por ello una herra-
mienta fundamental para conocer las propiedades de las sustancias, y un punto de partida para 
diseñar nuevos materiales que satisfagan necesidades específicas. 
El objetivo de este libro es que adquieras un conocimiento básico de la química, que te 
permita comprender las propiedades de los materiales y su utilidad para algunas aplicaciones 
específicas relacionadas con tu interés profesional.
Concepto de química
En una concepción general podemos delimitar el campo de estudio de la química entre materia, 
energía y cambio; en términos más específicos: la química es la ciencia que estudia la com-
posición y las propiedades de la materia, así como las transformaciones que experimenta 
y la energía asociada con esos cambios.
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Química
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Ejercicio 1
1. En el área de ingeniería de tu interés se manejan diversos materiales. Investiga el nombre de cinco 
materiales sólidos de origen natural y su aplicación en alguna actividad que hayas observado o 
realizado. Por ejemplo, la madera y su uso para construir libreros.
 Material Aplicación
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
2. En relación con la pregunta anterior, investiga el nombre de cinco materiales sólidos 
“nuevos”, es decir, fabricados por el ingenio humano, e igualmente, su aplicación en alguna 
actividad que hayas observado o realizado. Por ejemplo, el caucho sintético y su uso para la 
fabricación de llantas.
 Material Aplicación
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
___________________ ____________________________________________________________
3. Muchos términos asociados con la química se utilizan comúnmente en la vida cotidiana, 
aunque en ocasiones no conocemos su significado preciso. Encuentra su significado en una 
publicación (libro, revista, diccionario, etc.) y utiliza el término o alguno de sus derivados, 
en la construcción de una aseveración que escribirás en tu cuaderno. Entre los más comunes 
están: densidad, solubilidad, oxidación, corrosión, biodegradable, estabilidad, residuo, 
evaporación, volátil y material.
Conceptos básicos de química 
En esta unidad se estudian los estados físicos de la materia, su estructura química y la naturaleza 
de las partículas que la conforman. 
La materia
Composición de la materia
Desde	los	tiempos	más	remotos,	el	hombre	se	ha	preguntado	de	qué	está	hecho	tanto	él	como	
todo lo que le rodea. En cuanto a la sustancia de la que está hecho el hombre, a lo largo de 
los siglos surgieron muchas explicaciones: las religiosas hablaban de materiales que iban desde 
el barro (tradición judeocristiana) hasta materiales como el maíz (tradición mesoamericana). 
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Introducción al estudio de la química
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Filósofos	 como	 Aristóteles	 (384-322	 a.	 C.)	 postularon	 que	 las	 sustancias	 elementales	 eran	
cuatro: el agua, el aire, el fuego y la tierra. Los alquimistas trataron con empeño de encontrar 
al quinto elemento, la “quintaesencia” o piedra filosofal, un “algo” que permitiría transmutar la 
naturaleza de las sustancias y así, por ejemplo, convertir el plomo en oro.
Pero fue hasta que el hombre aprendió a manejar diversas sustancias químicas cuando 
surgió la idea de que los humanos podríamos estar formados por las mismas sustancias que 
componen	al	 resto	del	universo.	De	hecho,	 ahora	 sabemos	que	el	 ser	humano,	 al	 igual	que	
los demás seres vivos y todas las cosas que hay en nuestro planeta, están constituidos por 
los mismos componentes. Estamos formados de materia diversa que se relaciona entre sí de 
manera bioquímica y biofísica. Somos, de hecho, un conjunto de sustancias químicas complejas, 
producto de la evolución del universo de miles de millones de años. 
Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y posee masa. 
A una porción definida de materia se le llama cuerpo: un transistor, un anillo, un cuaderno,un 
torno, un globo, un reactor, el sol, el agua dentro del vaso o el aire contenido en un globo son 
ejemplos de cuerpos; mientras que hablar de oro, papel, vidrio, polietileno, caucho, hierro, agua 
y aire, es referirse a tipos de materia. 
De	esta	manera	al	polietileno	se	le	define	como	materia,	una	botella	de	polietileno	es	un	
cuerpo.
Clasificación de la materia
 
Toda la materia posee características propias que nos permiten distinguirla de entre otras. 
Algunas de esas características son directamente observables, como la forma, la textura, el color, 
la masa o el volumen; otras deben determinarse a través de pruebas o exámenes, por ejemplo: 
la densidad, la composición elemental, la pureza, etcétera. 
Dada	la	amplia	variedad	de	sustancias,	se	les	clasifica	para	facilitar	su	estudio.	La	clasificación	
puede hacerse con base en diferentes criterios, por ejemplo:
a) En función de su estado de agregación: sólido, líquido o gas.
b)	Considerando	su	pureza: sustancias puras o mezclas.
c) A partir de su composición: como elementos simples o compuestos.
Otras clasificaciones podrían basarse, por ejemplo, en su origen (naturales o sintéticas), 
su relación con los componentes de los seres vivos o minerales (orgánicas o inorgánicas), su 
peligrosidad (tóxicas, inflamables, explosivas), su abundancia relativa en la naturaleza (compo-
nentes mayoritarios, componentes menores, trazas).
Estados de agregación de la materia
Tradicionalmente se considera que los estados de agregación son tres: estado sólido, estado 
líquido y estado gaseoso. No obstante, los físicos y los químicos nucleares reconocen otros 
estados de agregación, el que se menciona con mayor frecuencia es el plasma, que no es otra cosa 
que un elemento gaseoso ionizado, generalmente a muy alta temperatura. Ionizado significa 
que los átomos del elemento han perdido algunos o todos sus electrones, y por lo tanto sus 
átomos se encuentran en un estado “excitado”. Esto es observable directamente porque el gas 
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Química
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emite luz. Son ejemplos de plasma el gas ionizado y caliente de las estrellas, incluyendo nuestro 
Sol, y el fuego, que no es otra cosa que los gases de la combustión calientes e iluminados; 
asimismo las lámparas de halógeno o “lámparas de neón” contienen un gas que, al paso de la 
electricidad, se ioniza y se ilumina emitiendo colores muy vistosos y característicos del gas que 
esté presente. 
Otras formas todavía más extrañas en las que se presenta la materia, son las estudiadas 
por la física estelar y la física cuántica. Así, la materia supercondensada de las estrellas enanas 
blancas, de los pulsares y de los hoyos negros que existen en el espacio estelar, cuyas condiciones 
de extraordinaria fuerza gravitacional literalmente “aplastan” a la materia haciendo que se 
junten los núcleos de los átomos unos con otros, da lugar a una concentración de la materia en 
volúmenes tan pequeños que nada tienen que ver con lo que conocemos. 
La primera característica observable de la materia es sin duda el estado físico en que se 
encuentra, lo cual afecta su comportamiento. Por ejemplo, un balín, un poco de agua y un 
poco de humo se comportarán de distinta manera al colocarlos en diversos recipientes. Si se 
introduce en un vaso o se coloca sobre la mesa, el balín (sólido) conservará su forma; en tanto 
que, el agua (líquido) fluye y se adaptará a la forma del recipiente: dentro del vaso tomará la 
forma de éste y sobre la mesa se extenderá al máximo. Finalmente, el humo (gas) también fluye 
y se difundirá hasta llenar el vaso y luego se escapará, expandiéndose por toda la habitación, y 
difícilmente entrará en contacto con la mesa. 
Los sólidos tienen una forma definida y un volumen f ijo.
Los líquidos tienen volumen fijo pero no tienen forma definida.
Los gases no tienen forma definida ni volumen fijo.
Puede decirse que el más ordenado de los estados de la materia es el estado sólido, pues 
todos los cuerpos sólidos conservan su forma, y por lo mismo su volumen, en tanto que el más 
desordenado es el estado gaseoso, ya que los gases tienden a ocupar todo el espacio disponible 
y se escapan si no se les mantiene encerrados en un recipiente hermético. En los líquidos, la 
ordenación es intermedia, pues aunque no tienen forma definida, sí ocupan un volumen fijo. 
Los sólidos son los que tienen mayor importancia como materiales de ingeniería, aunque los 
líquidos y los gases también están presentes en muchos procesos industriales. 
Los estados físicos de la materia se llaman estados de agregación molecular. 
El estado físico de la materia no es permanente, depende de las condiciones de presión y 
temperatura en que ésta se encuentre. Por ejemplo, el agua se encuentra en estado líquido en los 
mares, ríos y lagos, pero se congela y convierte en hielo, o nieve, en lugares donde la temperatu-
ra es muy baja, como en Alaska, en el Polo Sur o en algunos lugares montañosos. En cambio, en 
lugares extremadamente calurosos como los desiertos, o al someterla a calentamiento, el agua 
se convierte en vapor. 
Para llevar a cabo los cambios de sólido a líquido, de líquido a gas y de sólido a gas, es 
necesario aplicar calor, mientras que para realizar los procesos inversos, lo indicado es enfriar 
(quitar calor). A cada uno de los cambios de estado se les designa por un nombre específico 
como se muestra en la figura 1.1. 
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Introducción al estudio de la química
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Fusión
Líquido
Gas
Sólido
SolidificaciónD
esublim
ación
Sublim
ación
Ev
ap
or
ac
ió
n
o 
eb
ul
lic
ió
n
Li
cu
ef
ac
ci
ón
o 
co
nd
en
sa
ci
ón
Como	se	puede	apreciar	en	la	figura	anterior	se	observan	diferencias	en	la	distancia	entre	las	
partículas, lo que causa las marcadas diferencias en las propiedades que caracterizan a las sustancias 
que se encuentran en cada uno de los estados de agregación. Los sólidos poseen el máximo 
empaquetamiento, por lo que son incompresibles, es decir, no es posible que sus partículas se 
acerquen más entre sí. Se considera que una sustancia se encuentra en estado sólido únicamente 
si posee el empaquetamiento regular y repetitivo de un sistema cristalino, si esa condición no se 
cumple, la sustancia aparentemente sólida no es sino un líquido sobreenfriado, es decir, un vidrio, 
ya que sus átomos no mantienen una distribución homogénea a corto y a largo alcance.
En un gas, las partículas son independientes entre sí. Se mantienen tan alejadas unas de 
otras como se los permite el volumen del recipiente que los contiene. Es posible comprimir un 
gas, aumentando su presión o disminuyendo su temperatura, hasta que sus partículas estén lo 
suficientemente próximas entre sí para licuarlo o, incluso, solidificarlo.
Entre las partículas de un líquido hay una ligera interacción: las fuerzas de cohesión son 
moderadas y no muy diferentes en magnitud a las térmicas, por lo que se observa una estructura 
hasta cierto punto ordenada, pero sin mantener una distribución rígida. Las partículas poseen 
movimiento de traslación que, sin embargo, las mantiene muy cercanas entre sí y con muy poco 
espacio libre entre ellas. Ésta es la razón por la que los líquidos son, al igual que los sólidos, 
virtualmente incompresibles.
Teóricamente, la mayoría de las sustancias pueden existir en cualquiera de los tres estados 
físicos y aun en estados simultáneos de equilibrio entre dos o más fases. Algunas sustancias 
requieren condiciones de temperatura y presión extremas para pasar del estado sólido al estado 
líquido. Esto ocurre en algunos metales (enlace metálico), las sales metálicas (enlace iónico), el 
diamante (enlace covalente) y minerales como el cuarzo (enlaces mixtos), debido a que en estos 
materiales no es posible determinar el inicio o el final de una molécula; todos y cada uno de 
los átomos que los constituyen se encuentran enlazados con el mismo tipo o combinación de 
enlaces, por lo que se considera que todo el conjunto de átomos conforma una sola molécula. 
El estado de agregaciónes resultado del balance de las fuerzas de cohesión entre los átomos, 
iones o moléculas, que tienden a ordenar las partículas, y las fuerzas térmicas (temperatura), 
que tienden a desordenarlas. 
En la práctica hemos observado que no todas las sustancias se funden o solidifican a la 
misma temperatura. Por ejemplo, si calentamos en la estufa un poco de sal, a esa temperatura 
los cristales no alcanzan a fundirse; en cambio, si tratamos de la misma manera un poco de 
azúcar, no sólo se funde, sino que se oscurece y termina por quemarse. Si introducimos en el 
congelador un pequeño volumen de alcohol, el alcohol se mantiene en estado líquido; en tanto 
que bajo las mismas condiciones, el agua se congela. 
La temperatura a la cual se funde cada sustancia es característica y se le llama punto de fusión. 
De	modo	semejante,	a	la	temperatura	a	la	que	hierve	cada	líquido	se	le	llama	punto de ebullición. 
Figura 1.1 Procesos 
de cambio para 
los estados de 
agregación de la 
materia.
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Química
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Si en un laboratorio a nivel del mar, calentamos poco a poco un recipiente que contenga 
hielo, observaremos que la temperatura del sólido aumenta, lo que ocasiona que se funda y se 
convierta	en	agua	líquida;	si	la	temperatura	del	agua	se	sigue	elevando	hasta	llegar	a	100	ºC,	
una vez alcanzada esta temperatura, el agua empieza a hervir y la temperatura se mantiene 
sin cambio a pesar de que el calentamiento continúe. Si se registran en una tabla de datos los 
valores de temperatura y tiempo, y se grafican, se obtiene un trazo similar al que se muestra 
en la figura 1.2. Las secciones horizontales indican que la temperatura permanece constante a 
pesar de que el calentamiento continúe.
Agua líquida y vapor de agua
Agua líquida
Ca
len
ta
m
ien
to
Vapor de agua
Agua sólida (hielo)
t (min)
Agua líquida y
agua sólida
140
120
100
80
60
40
20
0
–10
T oC
En la figura 1.2 se observan dos secciones horizontales que indican que la temperatura se 
mantiene	constante.	La	primera,	que	corresponde	a	los	0	ºC,	ilustra	el	punto	de	fusión	del	hielo,	
periodo durante el cual, el calor suministrado incrementa el movimiento entre las moléculas, las aleja 
unas de otras y se va destruyendo la disposición geométrica del sólido. La segunda sección corresponde 
a	los	100	ºC,	cuando	se	alcanza	el	punto	de	ebullición	del	agua,	la	temperatura	permanece	constante	
porque el calor suministrado se utiliza para el cambio del estado líquido al estado gaseoso, la distancia 
entre las moléculas aumenta y el volumen se incrementa proporcionalmente al calentamiento. Al 
convertirse el líquido en vapor, la temperatura aumenta nuevamente.
A	nivel	del	mar	el	agua	hierve	a	100	ºC,	pero	en	la	Ciudad	de	México,	debido	a	la	altitud	
y	la	consecuente	menor	presión	atmosférica,	el	agua	hierve	a	92	ºC.	Esto	demuestra	que	los	
puntos de ebullición, referidos como constantes de los líquidos, varían con la altitud, es decir, 
con la presión atmosférica.
Ejercicio 2 
1. Menciona los estados de agregación de la materia y dos características macroscópicas 
observables.
2. Indica por qué los gases y los líquidos se inscriben en una categoría llamada fluidos.
3. Identifica en la tabla de la página siguente con una  si se trata de gases, mezclas gaseosas, 
líquidos,	soluciones,	sólidos	o	aleaciones	(Referencia:	25	°C).	
4. Algunas propiedades, como el punto de fusión y el punto de ebullición, son constantes y 
características de cada sustancia, por lo que pueden servir para identificarlas. En la primera 
sección de la columna distingue con una  el tipo sustancia. Investiga en la bibliografía 
recomendada el punto de fusión y el punto de ebullición (en el caso de existir) de las 
sustancias incluidas en la tabla y complementa la información donde corresponde.
Figura 1.2 
Gráica de los 
datos obtenidos 
durante el 
calentamiento de 
agua en el nivel 
del mar.
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Introducción al estudio de la química
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 Gas
Mezcla 
gaseosa
Líquido Solución Sólido Aleación
T 
fusión
 
(°C)
T 
ebullición
 
(°C)
Salsa de soya 
Plástico 
Pintura de zapatos 
Merthiolate 
Mercurio 
Madera 
Latón 
Hierro 
Helio 
Gas combustible 
Dióxido de carbono 
Cloro 
Bronce 
Amalgama 
Alcohol 
Aire 
Aceite 
5. Investiga el significado de fusión y su relación con el punto de ebullición. Revisa la 
bibliografía recomendada.
6. Investiga el significado de fundir y fusionar. Haz notar las diferencias entre el significado de 
esos términos. Revisa la bibliografía recomendada.
7.	 ¿Cuál	será	el	estado	físico	que	tendrá,	a	la	temperatura	ambiente,	una	sustancia	cuyo	punto	
de	ebullición	es	–75	ºC?	
8. Anota el nombre de los cambios de estado que se indican: 
Cambio	de	sólido	a	líquido	 ___________________________________________________
Cambio	de	líquido	a	gas	 ___________________________________________________ 
Cambio	de	gas	a	líquido	 ___________________________________________________ 
Cambio	de	líquido	a	sólido ___________________________________________________ 
Cambio	de	sólido	a	gas	 ___________________________________________________ 
Cambio	de	gas	a	sólido	 ___________________________________________________ 
Sustancias puras y mezclas
Tomando en cuenta tus experiencias en la vida diaria y lo aprendido sobre los estados de agre-
gación de la materia, sabrás que basta observar la forma y el volumen de una sustancia para 
clasificarla como un líquido, un sólido o un gas; sin embargo, existen otras características de la 
materia, como la pureza, que en ocasiones son difíciles de percibir. 
Existen dos clases de sustancias puras: los compuestos y los elementos. La diferencia entre 
ellas es la variedad de sus componentes: en tanto los compuestos están formados por dos o 
más elementos químicos, los elementos están formados solamente por átomos iguales entre sí. 
Algunos ejemplos de sustancias puras son: oxígeno, plata y aluminio (que son elementos) y clo-
ruro de sodio (sal), etanol (alcohol), propanona (acetona), glucosa, benceno, sacarosa (azúcar) 
(que son compuestos), etcétera. 
En una sustancia pura todas las partículas, átomos o moléculas, son iguales. 
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Química
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Las mezclas son uniones físicas de sustancias diferentes que conservan 
sus propiedades particulares.
A nuestro alrededor existen numerosos ejemplos de que en la naturaleza, en una buena 
proporción, la materia no se encuentra en forma de sustancias puras. Los resultados de 
un análisis de sangre, o un informe de la contaminación del aire, donde se mencionan las 
sustancias que los forman, nos indican que, aunque a simple vista no lo parezcan, estas 
mezclas contienen un gran número de sustancias. En realidad, la mayor parte de la materia 
se encuentra formando mezclas de dos o más sustancias, en proporciones variables; mezclas 
que pueden ser sencillas o complejas. El agua de mar, las rocas, la madera, la leche, el 
aire, las pinturas, los medicamentos, las telas, la gasolina, el cemento, el papel, el jugo de 
naranja,	las	aleaciones,	etc.,	son	ejemplos	de	mezclas.	Cuando	sus	componentes	se	separan,	
se obtienen las sustancias puras que las formaban.
Algunas mezclas, como la sangre, el aire, la leche, la gasolina, la plata 0.500, el vidrio, el acero, 
un chocolate o el café servido en una taza, etc., se ven iguales en todas sus partes. No se distinguen 
sus componentes debido a que tienen una composición uniforme, y a simple vista parecen sustancias 
puras. Estas mezclas forman sistemas homogéneos y también reciben el nombre de soluciones o 
disoluciones; aunque el término soluciones se aplica con mayor frecuencia a sistemas líquidos. Los 
componentes de las soluciones pueden estar en cualquiera de los tres estados de la materia. 
A diferencia de las mezclas anteriores, en otras es posible identificar a simple vista la 
presencia de más de una sustancia, porque no tienen una composición uniforme.Ejemplos son 
la madera, el cemento, el jugo de naranja, la hoja de un libro, el granito, la arena, etc. A estos 
sistemas se les llama mezclas heterogéneas.
Entre las sustancias puras podríamos mencionar, por ejemplo, el agua destilada, la sal, el azúcar, 
el dióxido de carbono (hielo seco), metales como el alambre de cobre electrolítico, el polietileno, el 
cuarzo, el ácido acetilsalicílico, la acetona, etc. En general, los reactivos de laboratorio son sustancias 
puras, a diferencia de los materiales con los que estamos en contacto de manera cotidiana, que 
aunque a simple vista parecen ser un material puro, en realidad son mezclas homogéneas.
Por ejemplo, el oro con el que se elaboran aretes, anillos, cadenas y demás piezas de joyería, es una 
aleación: oro de 18 quilates. La pureza en esta aleación es de 75 partes de oro por 25 partes de cobre o 
plata. El combinar el oro de esa manera contribuye a mejorar sus propiedades, ya que el oro puro es 
relativamente suave y se desgasta con facilidad; en cambio, el oro de 18 quilates conserva la apariencia, el 
color y el brillo del oro, pero tiene mayor dureza, lo que significa que es más resistente mecánicamente. 
Cuando	te	preparas	una	taza	de	café,	lo	que	estás	haciendo	es	una	mezcla	de	agua,	azúcar,	crema	
(que es también una mezcla) y café soluble (que es otra mezcla). Según lo desees, puedes prepararlo 
cargado o ligero, con mucha o con poca azúcar, con crema o sin ella. Al probarlo, detectas el sabor de 
los componentes y su proporción relativa, es decir, puedes saber si quedó a tu gusto o no, lo que te 
permite concluir que cuando las sustancias se mezclan, su naturaleza no cambia, siguen siendo las 
mismas.	Cuando	las	sustancias	no	se	transforman	al	conformar	una	mezcla,	ha	ocurrido	esencialmente	
un cambio físico. Los componentes de las mezclas pueden separarse por métodos físicos.
Una mezcla homogénea o solución o disolución, está constituida por:
a) Soluto: está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con las 
sustancias donde se disuelve.
b) Disolvente: sustancia donde se disuelve el soluto.
Las partículas de soluto se entremezclan de manera uniforme con las partículas del disolvente.
Los componentes de una mezcla pueden separarse por procedimientos físicos 
sencillos, a diferencia de los elementos de un compuesto, que sólo se separan mediante 
técnicas químicas.
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Introducción al estudio de la química
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Métodos de separación
La separación de los componentes de una mezcla depende de la naturaleza y propiedades de 
cada uno de ellos, así como de su proporción relativa. Las técnicas de separación se basan en 
propiedades características de los diferentes componentes, por ejemplo, el color, la densidad, el 
punto de ebullición, el punto de fusión, la diferencia de solubilidad y el carácter magnético.
Mezclas en fase sólida
La técnica de separación más sencilla en el caso de mezclas de materiales sólidos es la separación 
manual, con ella se pueden separar, por ejemplo, virutas de hierro de virutas de madera. Esta 
técnica de separación permitió aislar los dos isómeros ópticos del ácido láctico, seleccionando 
cuidadosamente con unas pinzas los cristales de cada uno de ellos, que tienen composición y 
estructura química idénticas y difieren sólo en la orientación espacial de sus grupos hidroxilo; 
debido a su gran semejanza química, ambos isómeros solidifican en forma de cristales casi 
idénticos, excepto en que uno de los planos está inclinado hacia la derecha en uno de los 
isómeros y a la izquierda en el otro.
C
HO.OC
OH
CH
3
H
CHO
CO.OH
CH
3
H
Los metales de una aleación, pueden separarse con base en la diferencia de sus puntos de 
fusión, en tanto uno de los metales aún permanece en estado sólido, el otro ya se fundió y el 
líquido se puede separar por decantación.
Otra técnica de separación de sólidos se basa en la diferencia de densidad. Por medio de 
ella se pueden separar fácilmente, por ejemplo, fragmentos de vidrio que estén mezclados con 
aserrín. Esta técnica de separación ha sido utilizada empíricamente por los gambusinos en su 
búsqueda de pepitas y arenillas de oro en las aguas de algunos arroyos. Los buscadores de oro 
recogían en un recipiente poco profundo una porción de los sedimentos que podrían contener 
oro, y debido a que el oro es más denso que los minerales que le acompañaban, cuando agitaban 
la mezcla flotaban los materiales ligeros que se regresaban al arroyo, y se separaban las pepitas 
de oro manualmente del material que quedaba en el fondo de la bandeja.
Otro método de separación es el que se aplica a los residuos sólidos. Se les hace pasar en 
las proximidades de un magneto que atrae y separa los materiales ferrosos. Estos materiales 
recuperados pueden ser enviados a fundición para su reutilización.
Hay algunas sustancias sólidas que tienen la propiedad de sublimar, es decir, pasar del 
estado sólido al gaseoso sin pasar por el estado líquido, esta propiedad se aprovecha para 
purificar	el	yodo.	Cuando	los	cristales	de	yodo	se	calientan,	se	desprenden	vapores	de	un	color	
violeta intenso que se depositan en forma de cristales de alta pureza (yodo sublimado) sobre 
una	superficie	fría.	Dado	que	la	cafeína	es	una	sustancia	sublimable,	la	técnica	descrita	puede	
ser útil para obtener “café descafeinado”. 
Figura 1.3 
Isómeros del 
ácido láctico.
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Química
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Mezclas en dos fases
Decantación
La decantación es un procedimiento útil para separar mezclas heterogéneas formadas por un lí-
quido, como el agua, y un sólido insoluble de grano grueso, por ejemplo la arena; o por dos líqui-
dos inmiscibles (líquidos que no se mezclan) como el agua y el aceite. Estos sistemas se separan 
en dos fases si se les deja en reposo. La figura 1.4 muestra esta técnica de separación.
Agua
Agua
Grava
En el laboratorio se utiliza con frecuencia un “embudo de separación” para separar dos 
líquidos inmiscibles, por ejemplo, cloroformo y agua. La fase inferior que contiene al lí-
quido de mayor densidad se deja salir abriendo la llave del embudo, dentro de éste queda 
el líquido menos denso.
La decantación es un procedimiento útil, por ejemplo, para eliminar el petróleo derramado 
sobre un cuerpo con agua, ya que el material derramado es menos denso que el agua.
Centrifugación 
La centrifugación tiene como propósito acelerar una decantación lenta; el proceso consiste 
en hacer girar la mezcla líquida a alta velocidad lo que provoca que en el fondo del recipiente 
sedimenten los solidos o el líquido de mayor densidad. El instrumento que se utiliza es la 
centrífuga cuyo principio se ilustra en la figura 1.6.
Figura 1.4 
La decantación 
es un método 
de separación 
de mezclas.
Figura 1.5 
Separación de 
dos líquidos 
inmiscibles.
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Introducción al estudio de la química
27
Plato giratorio
Tubos de
ensaye
Líquido
Sólido
Eje
Filtración 
La filtración es una técnica que permite separar mezclas heterogéneas formadas por un líquido 
y un sólido insoluble que se encuentra suspendido en forma de partículas finas. Para la filtración 
se utiliza un material poroso, que en el laboratorio es generalmente papel filtro. El papel filtro 
retiene a las partículas insolubles y deja pasar al líquido, por esta razón, el poro del medio 
filtrante debe ser más pequeño que el tamaño de las partículas que se quieren separar. La figura 
1.7 muestra cómo se realiza en el laboratorio esta técnica de separación.
Varilla de agitación
Mezcla de
sólido y líquido
El papel filtro
atrapa el sólido
Filtrado
(componente líquido
de la mezcla)
Embudo
Otros medios filtrantes que se utilizan en el laboratorio para purificar algunas sustancias 
mediante la eliminación de los materiales insolubles que las contaminan son: el carbón 
activado, la celita y las membranas de poro tan fino que son capaces de retener bacterias y otros 
microorganismos.
La filtración es una técnica de uso común en la vida diaria, en la cocina se emplean coladeras(mallas de diferente tamaño de poro) para separar algunas porciones sólidas de los alimentos; 
se dispone también de filtros comerciales (capas superpuestas de carbón y arena), para eliminar 
las impurezas sólidas y las bacterias del agua destinada al consumo humano.
Figura 1.6 
Esquema de una 
centrífuga.
Figura 1.7 
Filtración a través 
de papel iltro.
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Química
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Destilación 
Es una técnica industrial y de laboratorio; se emplea para separar mezclas líquidas con base 
en la diferencia de los puntos de ebullición de sus componentes. La destilación consiste en 
calentar la mezcla hasta transformar los líquidos en vapor, empezando por el de menor punto 
de ebullición. El equipo de destilación está equipado con un sistema de refrigeración llamado 
condensador o refrigerante, el cual condensa los vapores de las diferentes fracciones líquidas 
que estaban presentes en la mezcla original. Los líquidos destilados se reciben en recipientes 
separados. La destilación se muestra en la figura 1.8.
Termómetro
Matraz de
destilación
Mechero
de Bunsen
Condensador
Entrada
de agua
Líquido
Probeta
Salida
de agua
Vapor
La destilación es también un método para separar un líquido de un sólido disuelto en él. 
El líquido destilado se recibe en un recipiente y el sólido queda como un residuo en el matraz 
de destilación. Por ejemplo, para obtener agua potable se puede destilar el agua de mar, lo que 
separa la sal y la deja como un residuo.
El alcohol y los licores se obtienen por fermentación de algunos azúcares. Una vez terminada 
la fermentación es necesario separar la fracción líquida (agua y alcohol) de los residuos de frutas 
y granos que fueron sometidos a la acción de la levadura. Eso se logra sometiendo a destilación 
el material fermentado.
La industria petrolera separa en las refinerías las diferentes fracciones del petróleo, usando 
columnas de destilación fraccionada que permiten colectar por separado cada componente de 
combustible o aceite mineral.
Cromatografía 
La cromatografía es una técnica que permite separar los solutos líquidos presentes en una 
solución. Para ello, la mezcla de solutos se somete al arrastre por un disolvente, al que se 
denomina	eluyente.	Cada	soluto	es	llevado	por	el	eluyente	a	través	de	un	medio	poroso,	que	
recorre a diferente velocidad una distancia que depende de su estructura química. El equipo 
para la cromatografía puede ser tan sencillo como el que se muestra en la figura 1.9: una tira de 
papel filtro y un vaso de precipitados. Existen equipos destinados a la separación fina de mezclas 
complejas,	entre	los	que	se	puede	mencionar	a	los	Cromatógrafos	de	Líquidos	de	Alta	Presión	
(HPLC)	y	los	Cromatógrafos	de	Gases	(GC).	
La cromatografía permite separar y analizar la composición de productos naturales extraídos 
de animales o de plantas. Se le utiliza ampliamente en los laboratorios de control de calidad y 
de desarrollo de nuevas sustancias. En la figura 1.9 se representa el fundamento de la técnica 
aplicada a la separación de los colorantes de la tinta de un plumón.
Figura 1.8 
Método de 
destilación simple 
para separar una 
mezcla líquida 
homogénea.
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Introducción al estudio de la química
29
Nivel absorbido
del disolvente
Vaso
Disolvente
Tintas separadas
a) b) c)
Disolvente
Tapadera
Papel
filtro
Punto
de tinta
Papel
filtro
Los colorantes que forman la tinta de un plumón se pueden separar por cromatografía 
usando como soporte poroso una tira de papel f iltro y, si la tinta es soluble, el eluyente puede 
ser agua; si el plumón es de tinta permanente, en lugar de agua, se debe usar alcohol como 
eluyente.
La técnica consiste en: a) aplicar la punta del plumón sobre el papel filtro dejando una marca, 
b) dejar secar la tinta e introducir el papel dentro de un vaso que contenga una capa delgada de 
agua, de modo que se humedezca el papel pero sin que el agua alcance la marca, y c) dejar ascender 
el agua, lo que hace que la tinta se vaya separando en los distintos colorantes que contiene.
Los procedimientos descritos son sólo algunos de los que se emplean en el laboratorio y en 
la industria para separar los componentes de una mezcla y para purificar sustancias al eliminar 
compuestos o contaminantes. Es necesario tener presente que durante los procesos de separa-
ción a que nos hemos referido, las sustancias no se transforman; únicamente sufren cambios 
físicos. 
Ejercicio 3 
1.	 Describe	cómo	separarías	los	componentes	de	una	solución	de	acetona	en	agua.	Toma	en	
cuenta el estado físico de los dos componentes.
2. Investiga el significado de los términos reciclable, reutilizable y degradable.
3. En la siguiente tabla, identifica los materiales. Señala en la primera sección de la tabla si se 
trata de una sustancia pura, una mezcla homogénea o una mezcla heterogénea. Señala en la 
segunda sección si se le encuentra en la naturaleza o ha sido inventada y desarrollada por el 
hombre.
Material
Clasiicación por naturaleza Clasiicación por origen
Pura Homog. Heterog. Natural Sintética
Agua destilada
Agua de mar
Bronce
Vino blanco
Sal de mesa
Mármol
Yeso
Amalgama
Lana
Sangre
Aire
Hielo seco
Refresco de cola
Pólvora
 
Figura 1.9 
Esquema que 
muestra los pasos 
de la cromatografía 
en papel.
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Química
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Elementos y compuestos
Las sustancias puras tienen una apariencia homogénea y pueden ser elementos o compuestos. 
Las unidades estructurales fundamentales de la materia se llaman elementos, conformados 
por átomos iguales entre sí. Existen noventa y dos de ellos presentes en la naturaleza y se 
ha	obtenido	por	síntesis	más	de	una	decena.	Cada	uno	de	los	elementos	se	identifica	por	un	
nombre y se representa por un símbolo formado por 1, 2 o 3 letras.
Los más abundantes en nuestro planeta son el oxígeno (49.1%) y el silicio (25.6%), pero 
si sólo consideramos el aire, el nitrógeno representa 78.1% y el oxígeno 21%. El número 
de elementos presente en los seres vivos es muy reducido, básicamente carbono, hidrógeno, 
oxígeno,	nitrógeno,	azufre	y	fósforo	(CHONSP).	
Los compuestos son sustancias en cuya composición están presentes átomos de dos o más 
elementos químicos. Los átomos que forman un compuesto están siempre en proporciones de 
masa definidas. Algunas mezclas homogéneas, entre ellas las soluciones, están formadas por 
más de un componente y a simple vista tienen la apariencia de una sustancia pura, pero sus 
componentes no se encuentran en una proporción definida como en los compuestos.
Un compuesto se forma cuando dos o más elementos reaccionan químicamente, lo que 
da lugar a una nueva sustancia que tiene características diferentes a las de los elementos que le 
dieron origen. Un ejemplo sencillo de este cambio químico es la formación del cloruro de sodio 
(sal común). 
El	cloruro	de	sodio	(NaCl)	es	una	sustancia	compuesta	por	los	elementos	cloro	(Cl)	y	sodio	
(Na). Antes de unirse químicamente, el cloro es un gas muy tóxico de color amarillo verdoso; 
en tanto que el sodio es un metal plateado de color blanco que reacciona violentamente con el 
agua	por	lo	que	es	peligroso	tocarlo.	Cuando	el	cloro	y	el	sodio	interactúan	químicamente	se	
forma un sólido cristalino blanco, muy soluble en agua, que confiere un sabor agradable a los 
alimentos. La sal es un compuesto químico, este compuesto tiene sus propias características, 
que son muy diferentes a las de cada uno de los elementos originales. 
																												2	Na(s)				+			Cl2(g) →			2	NaCl(s)
 sodio cloro (cloruro de sodio 
 o sal común) 
 Sólido Gas Sólido
Como	en	el	caso	de	la	sal,	todos	los	compuestos	que	existen	en	la	naturaleza	están	formados	
por elementos unidos químicamente. Son ejemplos de compuestos: agua, azúcar, bióxido de 
carbono y alcohol. El agua se forma con dos elementos gaseosos: hidrógeno y oxígeno; el 
bióxido de carbono se forma de oxígeno y carbono. El azúcar y el alcohol,dos sustancias 
distintas entre sí, contienen los mismos elementos: carbono, hidrógeno y oxígeno. 
Como	puedes	darte	cuenta,	aunque	el	oxígeno	forma	parte	de	esos	cuatro	compuestos,	en	
ninguno conserva las características originales de este elemento, ya que pasa a formar parte de 
la molécula de otra sustancia. Los compuestos pueden volver a formar, por medio de reacciones 
químicas, las sustancias que los originaron. 
Es fácil diferenciar los elementos de los compuestos aunque en ocasiones se confunden con 
las mezclas. Un ejemplo es el agua oxigenada, que por su nombre invita a pensar que es una 
mezcla de agua (H2O) y oxígeno (O2) disuelto, pero se trata de un compuesto llamado peróxido 
de hidrógeno con formula H2O2. Tengamos presente que el agua que contiene oxígeno disuelto 
es un medio propicio para la vida de un pez, en tanto que el peróxido de hidrógeno provocaría 
en pocos minutos la muerte de ese pez.
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Introducción al estudio de la química
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Cambios físicos y cambios químicos
A través de tus propias experiencias has sido testigo de que la materia experimenta frecuentes 
transformaciones. Algunos de esos cambios no afectan su naturaleza, las sustancias continúan 
siendo las mismas, mientras que en otras hay una transformación importante: una sustancia se 
transforma en otra. Los cambios que ocurren en las sustancias se clasifican en dos categorías: 
cambios físicos y cambios químicos. En los cambios físicos no se altera la naturaleza química 
de la materia; son ejemplos de ello los cambios de estado: la congelación, la ebullición o la 
fusión del agua (figura 1.10). Otros ejemplos son el gas que se desprende al agitar una botella 
de refresco, el inflar la llanta de un coche, el preparar una taza de café, el tejer una madeja de 
estambre o el armar un rompecabezas.
a) b) c)
A diferencia de lo que ocurre en los cambios físicos, cuando hay un cambio químico se 
afecta la naturaleza íntima de las sustancias y se dice que ha ocurrido una “reacción química”. 
Uno de los objetivos de la química es el estudio de las transformaciones mediante las cuales se 
modifican las características de la materia, es decir, las reacciones químicas. 
Además de cambiar de estado, el agua puede sufrir cambios químicos y descomponerse, al 
aplicarle energía eléctrica, en los elementos que forman la molécula. 
(Las flechas hacia arriba significan
que hay desprendimiento en forma de gas)
Electrodos
Pilas
Oxígeno
Hidrógeno
Electrólisis
2H
2
O 2H
2
 + O
2
La reacción requiere que en el agua esté disuelta alguna sustancia que favorezca el paso 
de la corriente eléctrica, llamada electrolito, la cual puede ser una sal, una base o un ácido. Al 
Figura 1.10 
Cambios físicos 
en el agua: 
a) Solidiicación. 
b) Ebullición. 
c) Fusión.
Figura 1.11 
Dispositivo para 
descomponer 
agua por 
electrólisis.
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Química
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procedimiento de descomposición de compuestos por el paso de corriente eléctrica se le llama 
electrólisis, término que significa separar o disgregar usando electricidad. 
En la figura 1.12 se ilustra el montaje de un equipo que permite la electrólisis del cloruro de 
sodio al hacer pasar una corriente eléctrica a través de una solución acuosa de sal. El resultado 
de	este	experimento	es	que	en	una	de	las	buretas	se	obtiene	el	gas	cloro	(Cl2) y en la otra el gas 
hidrógeno (H2), este último resulta de una segunda reacción en la que el sodio metálico (Na) 
forma hidróxido de sodio (NaOH) e hidrógeno al reaccionar con el agua. 
Hidrógeno
gaseoso
Cloro
gaseoso
Sal de mesa (NaCl)
disuelta en agua
Hidróxido de sodio
disuelto en agua
–+
(Ánodo)(Cátodo)
Las reacciones químicas se representan por ecuaciones químicas. A continuación aparecen 
las reacciones correspondientes a la electrólisis del cloruro de sodio.
2	NaCl	(ac)			→ 2 Na+(ac) +	2	Cl
– (ac)
En el ánodo: 2 Cl – (ac) - 2 e – →				Cl2 (g)
En el cátodo: 2 Na+(ac) + 2 e
 – → 2 Na0 (s)
2Na0(s) + 2 H2O(l) → 2 NaOH (ac) + H2 (g)
Otros ejemplos de transformaciones químicas son: la putrefacción de los alimentos, el 
burbujeo que se produce al disolver un antiácido efervescente en agua, el blanqueado de la ropa 
al tratarla con cloro. Una reacción química que observamos con frecuencia es la combustión de 
la materia orgánica: azúcar, madera, parafina, etcétera (figura 1.13). 
Figura 1.12 
Cambios 
químicos. La 
electrólisis del 
cloruro de sodio 
disuelto en agua.
Figura 1.13 
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Introducción al estudio de la química
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Cuando	se	calienta	un	poco	de	azúcar,	ésta	primero	se	funde	(cambio	físico),	pero	luego	
cambia de color, se desprenden humos que contienen dióxido de carbono y agua hasta que sólo 
quedan residuos negros de carbón. Ya no se tiene azúcar: el carbón, el humo y el agua no son 
sólidos ni dulces ni blancos; las sustancias resultantes tienen propiedades totalmente diferentes. 
A continuación se muestra la ecuación que representa el cambio químico ocurrido.
C12H22O11 + 11O2 →					11	CO2↑								+								C									+					11	H2O 
 azúcar oxígeno dióxido de carbono agua
 carbono
 
La combustión de la madera da lugar a las mismas sustancias que se desprenden del azúcar: 
carbón, agua y bióxido de carbono, lo cual significa que tanto el azúcar como la madera están 
formados por los mismos elementos. El azúcar es una sustancia pura (un compuesto), en 
tanto que la madera es una mezcla cuyos componentes, celulosa y lignina, están constituidos 
básicamente de los mismos elementos que el azúcar, pero en diferente proporción: carbono, 
hidrógeno y oxígeno. 
En los cambios químicos las sustancias se transforman en otras distintas; en los cambios 
físicos las sustancias siguen siendo las mismas.
Ejercicio 4
1. Investiga el significado de elemento y de compuesto.	Define	ambos	términos	con	tus	propias	
palabras.	Consulta	la	bibliografía	recomendada.
2. Investiga el significado de ánodo y de cátodo. Las pilas comunes tienen un ánodo y un cátodo, 
indica cuál es el signo de la carga de cada uno consulta la bibliografía recomendada.
3. Investiga el significado y la carga de las partículas anión y catión. Relaciona el signo de su 
carga con el del ánodo y el cátodo.
Ejercicios finales
1. Identifica las siguientes sustancias como gas, líquido o sólido, cuando se encuentran a 
temperatura ambiente:
Estado 
físico
Sustancia
Mercurio Aspirina Butano Gasolina Oxígeno Aceite Azúcar
Sólido
Líquido
Gaseoso
 
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2. Indica las temperaturas de ebullición, de fusión y el estado físico de una muestra de sodio 
que se somete a diferentes temperaturas basando tu análisis en la gráfica siguiente:
T (oC)
t (min)
1000
800
600
400
200
0
Representación del calentamiento de una muestra de sodio.
T DE EBULLICIÓN = T DE FUSIÓN =
Temperatura Estado físico Temperatura ºC Estado físico
100 ºC –70 ºC
0 ºC 1000 ºC
3.	 Clasifica	cada	una	de	las	siguientes	como	sustancia	pura	(P)	o	mezcla	(M);	si	se	trata	de	una	
mezcla indica si es homogénea (Ho) o heterogénea (He). 
Materia P ó M Ho ó He Materia P ó M Ho ó He
Mayonesa Agua 
Vidrio Gelatina
Sangre PVC
Petróleo Concreto
Gas natural Maril
4. Relaciona los procesos de la columna del lado izquierdo con las técnicas de separación que 
aparecen en la columna del lado derecho.
a) Permite separar mezclas heterogéneas de una sustancia 
líquida y una sustancia sólida; un líquido con un sólido. Sublimación ( )
b)	 Consiste	en	hacer	girar	a	alta	velocidad	un	líquido	para	
que se sedimenten los sólidos en suspensión.
Cromatografía		 (		)	
Decantación		 (		)
c) Se utiliza para separar mezclas homogéneas de dos o 
más líquidos con base en la diferencia de sus puntos de 
ebullición.
d) Es una técnica de separación útil para sustancias que 
pasan directamente del estado sólido al gaseoso. 
Centrifugación		 (		)	
Destilación		 (		)
Fusión ( )
5. El uranio es unelemento radiactivo que se transmuta en plomo después de pasar por varias 
etapas.	 Consulta	 la	 bibliografía	 recomendada	 e	 investiga	 por	 qué	 todos	 los	 elementos	
transuránicos se clasifican como radiactivos; para ello, describe qué es la radiactividad. 
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Introducción al estudio de la química
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6. A la técnica de separación empleada en mezclas heterogéneas formadas por un líquido y un 
sólido insoluble de grano grueso, o por dos líquidos inmiscibles, se le conoce como:
 a) Evaporación.
	 b)	Decantación.
	 c)	Destilación.
	 d)	Centrifugación.
7. Lee atentamente el siguiente párrafo e indica el método de separación que debe utilizarse 
para la correcta obtención de los componentes de la muestra.
 La eliminación del sarampión es una meta a conseguir a corto plazo, por lo que la vigilancia 
epidemiológica ha enfocado sus estrategias en el estudio de todos los casos probables. 
Se toma una muestra serológica dentro de los primeros 35 días de iniciado el exantema 
(erupción de la piel). Se deben obtener de 5 a 7 ml de sangre venosa en un tubo, el suero se 
separa en un tubo seco y éste deberá ser rotulado con los datos del paciente para su inmediato 
envío al laboratorio.
a)	Decantación.
b)	Cromatografía.
c)	Centrifugación.
d) Evaporación.
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Respuestas de los ejercicios
4. Sublimación (d)
	 Cromatografía	(		)
	 Decantación	(a)
	 Centrifugación	(b)
	 Destilación	(c)
 Fusión ( )
6. b) 
7. c)