domingo, 31 de mayo de 2009

Relaciones Matemáticas en las Disoluciones

Las soluciones son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. El soluto es la sustancia presente en menor cantidad y el disolvente es la sustancia que está en mayor cantidad. Una disolución puede ser acuosa, gaseosa o sólida(como una aleación).

Hablaré de disoluciones acuosas, en las que el soluto es un líquido o un sólido y el solvente generalmente es el agua. La concentración de una solución constituye una de sus principales características, porque muchas de sus propiedades dependen de su concentración.

La solubilidad es la maxima cantidad de soluto que se disolverá en una cantidad dada de solvente. Como hay otros factores que intervienen en la solubilidad, como los son temperatura y presión entre otras, solo me referiré a las relaciones numéricas existentes en una disolución.

Algunos líquidos,como el agua y el alcohol, pueden disolverse entre ellos en cualquier proporción. En una solución de azucar en agua, puede suceder que, si se le sigue añadiendo más azucar, se llegue a un punto en el que ya no se disolverá más, pues la solución está saturada.

Si tomamos un sobre en polvo, que trae suficiente para preparar un litro de refresco, y lo agregamos completo en medio vaso de agua, se observa una coloración fuerte, y si lo probamos estará muy dulce al paladar, si tomamos ese refresco, lo ponemos en un recipiente de ma
yor tamaño y le agregamos agua hasta completar un Litro, veremos como el color se aclara un poco y el sabor es agradable. Ahora llevamos ese refresco a un volumen de dos litros, ahora el refresco tiene una coloración muy clara y casi no tiene sabor.
Ahora veamos las relaciones soluto-solvente del ejemplo, inicialmente teniamos una solución saturada, donde hay mayor cantidad de refresco del que podriamos disolver en ese volumen de agua; en el segundo caso tenemos una solución concentrada y en el ultimo ejemplo tenemos una solución diluida, donde hay una cantidad de soluto menor a la que podríamos disolver en ese volúmen.

La concentración en una solución la da el número de moléculas, o la cantidad de gramos que tenga el soluto de una sustancia y la cantidad, volúmen o moléculas del resto de sustancia presente en una disolución. Entre las formas de medir la concentración de una solución más comunes están: gramos por litro (g/L) moles por litro (Molaridad: M)

Los gramos por litro indican la masa de soluto, en gramos, contenida en un determinado volúmen de disolución, expresado en litros (g/L). La molaridad es la cantidad de soluto, expresada en moles, contenida en un determinado volúmen de disolución, expresado en litros (n/L).

A su vez el Número de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y masa de un mol (masa molar) de soluto.

Por ejemplo, para conocer la molaridad de una solución que se ha preparado disolviendo 70 gramos de Cloruro de sodio (NaCl) hasta obtener dos litros de solución. Hay que calcular el número de moles de NaCl.
Como la masa molar del cloruro de sodio es la suma de las masas atómicas de sus elementos, es decir: Na: 23 g + Cl: 35,5 g = 58,5 g/mol.

el número de moles será:

sábado, 30 de mayo de 2009

Software para la enseñanza de la química

Este Software es pertinente con la enseñanza de la química, porque no se desvía del propósito para el cual ha sido diseñado; en su contenido entre otras aplicaciones tiene teoría y práctica, además brinda la posibilidad de evaluar para valorar el grado de conocimiento adquirido.

Es de de fácil aprendizaje, y tiene como apoyo una taba periódica y las valencias de los elementos para poder nombrar y formular sustancias, también trae un juego, como actividad para hacer mas divertido el aprendizaje.

El software parte de una base inductivista, porque se enfatiza netamente en nombrar y formular, sin ver que propiedades causan la formación de determinados conceptos, se dan unas características a grandes rasgos, propiedades por grupos y no de comportamiento a nivel intermolecular. Pero como el propósito es manejar la nomenclatura para compuestos inorgánicos, el programa es muy útil si se trata de aprender unas características y para el nivel que se maneja en Química 1.

Información sobre el Software:

Autor: Iván García García y Francisco Ezquerra.
Asignatura: Química.
Nivel: 2º ciclo de E.S. y Bachillerato.
Herramienta de creación: Visual Basic 6.0, Adobe Photoshop 5.0.

Descripción:
Este programa de formulación química facilita el aprendizaje de la formulación, en diferente niveles, permite al profesor llevar un control del aprendizaje del alumno, editar exámenes. El corazón del programa es una amplia base de datos de compuestos inorgánicos y que puede utilizarse para el aprendizaje de la formulación y nomenclatura inorgánica.

Tipo: Gratuito
Requisitos: 27 Mb
Plataforma: Windows

Idioma: castellano Descarga (puedes mejorar la base de datos cambiando la carpeta common que se creará (posinstalación) en el directorio raíz C:\ por otra más adaptada: common)

viernes, 29 de mayo de 2009

Concentración en tanques

Un tanque cuya capacidad es de 600 L. contiene agua pura, si entra una solución 0.8 gramos por litro, con un flujo de entrada igual al flujo de salida de 10 L/min. (a) Al cabo de cuanto tiempo la Concentración será 0.4 g/L. (b) Que concentración habrá al cabo de 20 minutos.
Ahora planteamos el ejercicio, acudiendo a las matemáticas:
t= tiempo, minutos ; X= concentración, g sal disueltos
Concentración inicial dentro del tanque, X(0)= 0, t=0
Flujo de entrada y salida = 10L/min
Concentración de entrada = 0.8 g/L
Concentración 2 en el tanque, X(1) = 0.4 g/L, t(2)=?

a) La relación de la variación de la concentración en función del tiempo es igual a la concentración que entra menos la concentración que sale; en el tanque inicialmente hay agua pura, pero está entrando una solución salina de 8g/min, y al mismo tiempo saldrá un flujo cuya concentración es de 10x/600, que es la relación entre concentración , flujo de salida y volumen del tanque; la concentración dentro del tanque irá aumentando hasta igualar la concentración de entrada.

b) La concentración dentro del tanque varía en cada espacio de tiempo, entonces utilizamos integrales que nos permiten sumar todas las concentraciones , así sabremos que concentración hay en determinado tiempo. Para poder integrar a lado y lado de la igualdad separamos las variabes x y t.

c) Una vez integramos las ecuaciones obtenemos una ecuación que nos permitirá hallar el tiempo o la concentración según se requiera.

d) Cuando t=0 despejamos C, que es la constante de integración y es el valor que nos permite relacionar las diferentes concentraciones.

e) Cuando desconocemos el tiempo para una concentración conocida, despejamos t de la ecuación.

f) Cuando desconocemos la concentración en tiempo conocido, despejamos x de la ecuación; aqui tenemos en cuenta que x es la cantidad en gramos de sal disuelta dentro de todo el volumen del tanque, si queremos saber cual es la concetración en g/L, dividimos x entre el volumen del tanque.






















Éstas operaciones matemáticas nos presentan información de la parte cuantitativa, la química se encarga de la parte cualitativa, y de los fenómenos que ocurren dentro de las partículas. Bienvenidos a el fascinante mundo de la Química.

La Química, otra forma de ver el mundo

Desde la Física, se estudian las propiedades de espacio, el tiempo, la materia, la energía y sus interacciones; desde la Química se estudia la composición, estructura, propiedades de la materia y los cambios que se experimentan durante las reacciones químicas. A grandes rasgos se puede decir que la Física estudia los fenómenos sin implicar lo que ocurre a nivel microscópico, mientras que la Química busca explicar las causas de un fenómeno.

Uno de los problemas en el aprendizaje de la Química es que no podemos visualizar los comportamientos a nivel microscópico, pero a través de la historia hemos utilizado modelos que permiten hacernos una idea de lo que ocurre en dichos fenómenos; muchos de estos modelos son proporcionados desde las matemáticas. La Matemática, Física, Química, y Biología son ciencias afines, pero cada una se ha especializado en un área en especial dentro de la naturaleza

Por medio de la Química nos hemos aproximado a la naturaleza de los fenómenos desde sus causas, y se ha logrado haciendo de ella una ciencia integral, donde podemos pensar dichos fenómenos desde la Matemática, la Física y la Biología. Pretender cerrar los ojos ante las demás ciencias es acortar nuestra visión, porque para ser ciencia se necesita un punto de referencia y un marco conceptual frente al cual le damos validez a los modelos Químicos.

El mundo de los números

Es usual que nos encontremos frente a la expresión "las matemáticas no sirven para nada", pero es una frase equivoca, porque la matemática es muy útil; al punto de ser considerada la base de todas las ciencias.

Echando un simple vistazo, podemos notar que sin los números, sin la posibilidad de contar, no podríamos por ejemplo saber nuestra edad, ¿Como nominar la niñez, la juventud o la vejez, si no existiera un número de años para comparar?. Así vemos la importancia de los números, y estos a su vez, son solo una parte de las matemáticas.

Como ya se dijo, las matemáticas son básicas dentro de las ciencias, pero me interesa en particular la Química, otra de las ciencias que genera fobia dentro de la educación básica y media, porque creemos que es muy complicado su aprendizaje. Pero en realidad es simple miedo a algo que desconocemos, solo se necesita que hayamos decidido educarnos en ciencias y para las ciencias, en eso se basa la educabilidad.

Así, las Matemáticas juegan un papel muy importante dentro de la Química, no solo por las relaciones numéricas, también porque muchos fenómenos pueden explicarse mediante formulas matemáticas.