Exercicis de sistemes materials — Física i Química 3r ESO

L'aire és una mescla (de gasos). El coure és una substància pura. L'aigua del mar és una mescla (aigua amb sals dissoltes).

(a) La filtració. Les llimadures no s'han dissolt, així que encara es distingeixen: n'hi ha prou amb un mètode mecànic, i el filtre les reté mentre l'aigua hi passa.
(b) L'evaporació (o la destil·lació). El sucre s'ha dissolt i no es pot filtrar: cal fer marxar l'aigua perquè el sucre quedi.
La pregunta que ho decideix sempre és la mateixa: s'ha dissolt o no?

(a) Fusió; (b) vaporització (evaporació o ebullició); (c) condensació; (d) solidificació.

El sòlid té forma i volum propis.
El gas no té ni forma ni volum propis: ocupa tot el recipient que el conté.
(El líquid té volum propi però pren la forma del recipient.)

(a) Separació magnètica amb un imant, perquè el ferro és atret per l'imant i el sofre no.
(b) Decantació, amb un embut de decantació, perquè els dos líquids no es barregen i tenen densitats diferents.

El solut és el component que es dissol i és en menor quantitat (la sal).
El dissolvent és el component en què es dissol el solut i sol ser el majoritari (l'aigua).
La dissolució és la mescla homogènia dels dos (l'aigua salada).

Elements: oxigen i ferro (formats per un sol tipus d'àtom).
Compostos: aigua, diòxid de carboni i sal comuna (formats per àtoms de diferents elements combinats en una proporció fixa).

Concentració = massa de solut / volum de dissolució = 10 $\tfrac{g}{2}$ L = 5 g/L.

Massa de la dissolució = 20 + 180 = 200 g.
% en massa = 20/200 · 100 = 10 %.
Compte: el denominador és la massa de la dissolució, no només la de l'aigua.

Vol dir que ja no pot dissoldre més solut a aquella temperatura: si n'hi afegim més, es queda al fons sense dissoldre's.

(a) Heterogènia (es distingeixen l'aigua i l'oli). (b) Homogènia o dissolució (no es distingeix la sal). (c) Heterogènia (es distingeixen la sorra i el ferro).

(a) El solut és el sucre i el dissolvent és l'aigua: el solut és el component que hi ha en menys quantitat (15 g) i el dissolvent el que hi ha en més (200 g).
(b) És homogènia, és a dir, una dissolució: un cop dissolt, el sucre no es distingeix a simple vista i tot el got sembla una sola cosa.
(c) Sí. És una mescla, i les mescles es poden separar per mètodes físics, sense cap reacció química: evaporant l'aigua, el sucre queda al fons.

Per separar la sorra (sòlid no dissolt) de l'aigua: la filtració. Per recuperar la sal (dissolta) de l'aigua salada: l'evaporació (o la destil·lació), fent marxar l'aigua perquè quedi la sal.

La d'1 L. Com que c = $\tfrac{m}{V}$, amb la mateixa massa, com més petit és el volum més gran és la concentració. La mateixa sal en menys aigua queda més concentrada.

Primer passem el volum a litres: 250 mL = 0,25 L.
Concentració = 12,5 $\tfrac{g}{0{,}25}$ L = 50 g/L.

500 mL = 0,5 L.
Massa = concentració · volum = 20 g/L · 0,5 L = 10 g.

El percentatge en volum indica els mL de solut per cada 100 mL de dissolució.
Volum d'alcohol = 750 · $\tfrac{12}{100} = 90$ mL.

Segons la teoria cinètica, un gas està format per partícules que es mouen contínuament i desordenadament.
Aquestes partícules xoquen constantment contra les parets del recipient, i el conjunt d'aquests impactes produeix una força sobre la superfície, que és la pressió.

A -20 °C és per sota del punt de fusió: sòlid.
A 25 °C és entre el punt de fusió i el d'ebullició: líquid.
A 100 °C és per sobre del punt d'ebullició: gas.

Massa de solut = 40 · $\tfrac{8}{100} = 3{,}2$ g.
Massa de dissolvent = 40 - 3,2 = 36,8 g.

Massa de sal = 30 g/L · 0,100 L = 3 g.
Passos: 1) pesar 3 g de sal a la balança; 2) posar-la en un matràs aforat de 100 mL amb una mica d'aigua i remenar fins que es dissolgui; 3) afegir aigua fins a la marca (enrasar) i tapar i agitar per homogeneïtzar.

Perquè l'oli i l'aigua no es barregen (formen dues capes separades) i es poden decantar. En canvi, a l'aigua salada la sal està dissolta i no forma cap capa, així que la decantació no serveix: cal evaporar l'aigua per recuperar la sal.

De c = m/V aïllem el volum: V = m/c.
V = 24/12 = 2 L.
Hi ha 2 L de dissolució.

Quantitat màxima que es pot dissoldre en 250 g d'aigua: 36 · $\tfrac{250}{100} = 90$ g.
Es dissolen 90 g i en queden 100 - 90 = 10 g al fons sense dissoldre.
Sí, la dissolució està saturada, perquè hi ha solut en excés.

Massa de la dissolució = densitat · volum = 1,1 g/mL · 500 mL = 550 g.
Concentració = 55 g / 0,5 L = 110 g/L.
% en massa = 55/550 · 100 = 10 %.

Massa de solut inicial = 40 g/L · 0,1 L = 4 g.
Afegir aigua no canvia la massa de solut: encara hi ha 4 g.
Concentració final = 4 $\tfrac{g}{0{,}4}$ L = 10 g/L. La dissolució s'ha diluït: té un quart de la concentració inicial.

1) Amb un imant se separen les llimadures de ferro (separació magnètica).
2) Es posa la resta en aigua i es remena: la sal es dissol i la sorra no.
3) Es filtra: la sorra queda al filtre.
4) Es deixa evaporar l'aigua del filtrat (o es cristal·litza) i s'obté la sal.

La temperatura puja de -10 °C a 0 °C (gel), es manté a 0 °C mentre el gel es fon, puja de 0 °C a 100 °C (aigua líquida), es manté a 100 °C mentre l'aigua bull i després pot pujar en estat de vapor.
En els canvis d'estat, la calor subministrada s'utilitza per trencar les unions entre partícules i no per augmentar-ne l'agitació, per això la temperatura no varia.

(a) Fals: l'aigua salada és una mescla homogènia i no és una substància pura (té composició variable).
(b) Cert: mentre dura el canvi d'estat la temperatura no varia.
(c) Fals: el dissolvent és el component majoritari, que pot no ser aigua (per exemple, en un aliatge o en una dissolució amb alcohol).

(a) Massa de dissolució = 50 + 150 = 200 g; % en massa = 50/200 · 100 = 25 %.
(b) V = m/d = 200 g / 1,15 g/mL = 173,9 mL = 0,174 L.
(c) Concentració = 50 g / 0,174 L = 287,5 g/L (aprox. 288 g/L).