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Tema 1: Ley de la conservación de la materia

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Respuesta rápida

El agua no desaparece: solo cambia de estado a vapor y luego se condensa; la masa total del sistema se conserva según la Ley de la conservación de la materia.

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Solución — Página 135

Quimica 1° · 2024

Lectura de la página

Tema 1: Ley de la conservación de la materia (página 134, Texto de Química, grado 1 de bachillerato).

La página presenta tres elementos:

Título del tema, con la ley que afirma que la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma.
Ilustración de laboratorio: una matraz (matraz de destilación) con líquido púrpura calentado sobre mechero, conectado a tres tubos de ensayo con líquidos de distinto color, y un conjunto de cristalería superior (matraz Erlenmeyer, tubos de ensayo, símbolos atómicos y moleculares). La escena ilustra una destilación: el líquido se evapora, el vapor se condensa y se recoge; el agua no desaparece, cambia de estado y de recipiente.
Recuadro "Saberes previos": "Al observar agua en ebullición ¿crees que el agua evaporada desaparece? ¿Por qué?"

Marco conceptual (Tema 1)

La Ley de la conservación de la materia, enunciada por Lavoisier (1789), establece que en una reacción química la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos: la materia no se crea ni se destruye, solo se reorganiza.

$\sum \text{masa de reactivos} = \sum \text{masa de productos}$

En una reacción, los átomos se reacomodan para formar nuevas sustancias, pero el número y el tipo de átomos permanecen constantes. Por eso las ecuaciones químicas deben balancearse:

$\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$

Relación con la ebullición: en la ebullición no hay reacción química sino cambio de estado (físico). El agua líquida $\text{H}_2\text{O}(l)$ se convierte en vapor $\text{H}_2\text{O}(g)$ . Si el recipiente está abierto, el vapor se dispersa en el aire y la masa de agua medida en el recipiente disminuye; sin embargo, la materia sigue existiendo como vapor de agua (y el vapor puede condensarse y volver a peso de líquido al enfriarse). La masa total del sistema (recipiente + aire circundante + vapor) no cambia.

Ejemplo numérico (destilación cualitativa de la figura): si en el matraz hay $50,0\,\text{g}$ de agua y se evaporan $12,0\,\text{g}$ , la masa de agua que queda en el matraz es

$m_{\text{restante}} = 50{,}0\,\text{g} - 12{,}0\,\text{g} = 38{,}0\,\text{g}$

y la masa de vapor recogido (en los tres tubos de ensayo) es $12{,}0\,\text{g}$ :

$38{,}0\,\text{g} + 12{,}0\,\text{g} = 50{,}0\,\text{g} \; \; (\text{masa total conservada})$

Saberes previos (respuesta orientativa)

Pregunta: "Al observar agua en ebullición ¿crees que el agua evaporada desaparece? ¿Por qué?"

No, el agua evaporada no desaparece. Lo que ocurre es un cambio de estado de la materia: el agua líquida absorbe calor y se transforma en vapor de agua, que sigue siendo $\text{H}_2\text{O}$ aunque ya no sea visible como líquido. Como la Ley de la conservación de la materia indica que la materia no se crea ni se destruye, la masa total del agua se conserva: si el vapor se condensa al enfriarse (por ejemplo, en el techo o en el fondo de un recipiente frío), se vuelve a obtener agua líquida con la misma masa que se evaporó.

Respuesta: el agua no desaparece; solo cambia de estado (líquido → vapor), conservándose la masa total del sistema.

Contenido de la página

Tema 1: Ley de la conservación de la materia

Texto de Química, grado 1 (página 134).

Ilustración

Destilación de laboratorio: un matraz con líquido púrpura calentado sobre un mechero, conectado por un conducto a tres tubos de ensayo con líquidos de distinto color, junto a cristalería (matraz Erlenmeyer, tubos de ensayo, símbolos moleculares).

Saberes previos

Al observar agua en ebullición ¿crees que el agua evaporada desaparece? ¿Por qué?

Idea central

La Ley de la conservación de la materia afirma que en toda transformación la masa total se conserva: la materia solo cambia de forma o estado.

Ejemplos resueltos

En un matraz hay $50{,}0\,\text{g}$ de agua y se evaporan $12{,}0\,\text{g}$ . ¿Cuánta agua queda en el matraz y cuánta se recoge como vapor?

Masas iniciales: $m_{\text{total}} = 50{,}0\,\text{g}$ .
Evaporación (cambio de estado): $m_{\text{vapor}} = 12{,}0\,\text{g}$ .
Agua restante: $m_{\text{líquido}} = 50{,}0\,\text{g} - 12{,}0\,\text{g} = 38{,}0\,\text{g}$ .
Conservación: $38{,}0\,\text{g} + 12{,}0\,\text{g} = 50{,}0\,\text{g}$ . Respuesta: quedan $38{,}0\,\text{g}$ en el matraz y $12{,}0\,\text{g}$ se evaporaron; la masa total se conserva.

Tabla

| Estado | Forma | ¿Se conserva la masa? $|\n|---|---|---|\n|$ Líquido | $\text{H}_2\text{O}(l)$ en el matraz | Sí, $38{,}0\,\text{g}$ $|\n|$ Vapor | $\text{H}_2\text{O}(g)$ en el aire | Sí, $12{,}0\,\text{g}$ $|\n|$ Condensado | $\text{H}_2\text{O}(l)$ recogido | Sí, $12{,}0\,\text{g}$ |

Diagrama

flowchart LR
  A[Líquido H2O 50,0 g] -->|absorbe calor| B[Vapor H2O 12,0 g]
  B -->|condensa| C[Líquido H2O 12,0 g]
  A -->|queda| D[Líquido H2O 38,0 g]
  D --- E[Masa total conservada 50,0 g]
  C --- E

Fórmulas y ecuaciones

$\sum$ $m_{@@MATH_0@@\text{productos}$ }

$m_{@@MATH_0@@\text{líquido}$ } + $m_{$ $\text{vapor}$ } = $\text{constante}$

$m_{$ $\text{restante}$ } = $50{,}0\$ , $\text{g}$ - $12{,}0\$ , $\text{g}$ = $38{,}0\$ , $\text{g}$

Glosario (5)

Ley de la conservación de la materia: Principio que establece que la materia ni se crea ni se destruye en una transformación, solo cambia de forma o estado.
Ebullición: Cambio de estado en el que un líquido se convierte en gas al absorbir calor a temperatura constante.
Evaporación: Paso de un líquido al estado gaseoso que ocurre solo en la superficie del líquido.
Condensación: Cambio de estado en el que un gas se convierte en líquido al perder calor.
Destilación: Proceso de separación que aprovecha las diferencias en los puntos de ebullición: primero se evapora la sustancia y luego el vapor se condensa.

Preguntas para practicar

Saberes previos: ¿Al observar agua en ebullición crees que el agua evaporada desaparece? ¿Por qué?

No, no desaparece. El agua líquida absorbe calor y se transforma en vapor de agua, $\text{H}_2\text{O}(g)$; cambia de estado, no de sustancia. De acuerdo con la Ley de la conservación de la materia, la masa total del sistema se mantiene constante: si el vapor se enfría, se condensa y se recupera la misma cantidad de agua líquida.

Temas y conceptos clave

Ley de la conservación de la materiaCambio de estado del agua al evaporarseDestilación y conservación de la masaMateria no se crea ni se destruyeTransformación de la materiaCambios de estado físicos vs. reacciones químicasEbulliciónDestilación