UNIDAD 1: SISTEMAS MATERIALES

OBJETIVOOBJETIVODistinguir la química macroscópica en la cual se puedenDistinguir la química macroscópica en la cual se puedenDistinguir la química macroscópica, en la cual se pueden Distinguir la química macroscópica, en la cual se pueden observar los materiales de los que está formado el universo, observar los materiales de los que está formado el universo, a través del método científico.a través del método científico.

TEMARIOTEMARIOMétodo científico Método científico Definición de materiaDefinición de materiaSustancias ,elementos, compuestos y mezclasSustancias ,elementos, compuestos y mezclasE t d fí i d l t iE t d fí i d l t iEstados físicos de la materia.Estados físicos de la materia.Propiedades físicas y químicas de la materiaPropiedades físicas y químicas de la materiaCambios físicos y químicos Cambios físicos y químicos Reacciones químicasReacciones químicasReacciones químicasReacciones químicasEnergía en los cambios químicosEnergía en los cambios químicosConservación de la energíaConservación de la energíaConservación de la masaConservación de la masa

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Conservación de la masaConservación de la masaMétodos de separación de fases y de fraccionamientoMétodos de separación de fases y de fraccionamiento

El método científico.El método científico.IntroducciónIntroducción

ElEl principioprincipio primarioprimario dede lalainvestigacióninvestigación eses conducirconducir ununggestudioestudio científicocientífico oo escolarescolar dedeunun fenómenofenómeno óó responderresponder unaunaunun fenómenofenómeno óó responderresponder unaunapreguntapregunta..

óó ffInvestigaciónInvestigación eses definidadefinida comocomounauna formaforma sistemáticasistemática dederesolverresolver unun problemaproblema..

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Suposiciones del Método CientíficoSuposiciones del Método CientíficoSuposiciones del Método CientíficoSuposiciones del Método Científico

LaLa objetividadobjetividad existeexiste dede maneramaneraindependienteindependiente dede laslas percepcionespercepcionesindependienteindependiente dede laslas percepcionespercepcionesdede laslas personaspersonas..LaLa naturalezanaturaleza tienetiene unun ordenordenLaLa naturalezanaturaleza tienetiene unun orden,orden,regularidadregularidad yy consistenciaconsistencia..T dT d ll f óf ó iiTodosTodos loslos fenómenosfenómenos tienentienen causascausasqueque puedenpueden serser descubiertasdescubiertas..

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Acciones en el Método Acciones en el Método CientíficoCientífico

Describe fenómenos.Describe fenómenos.Explora relaciones entreExplora relaciones entreExplora relaciones entre Explora relaciones entre fenómenos.fenómenos.E li f óE li f óExplica fenómenos e Explica fenómenos e incrementa el entendimiento.incrementa el entendimiento.Predice causas y relaciones Predice causas y relaciones entre fenómenosentre fenómenosentre fenómenos.entre fenómenos.Controla fenómenos.Controla fenómenos.

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Pasos en la realización de una investigaciónPasos en la realización de una investigacióngg

Problema a investigar.Problema a investigar.Revisión de Literatura.Revisión de Literatura.Esquemas teóricos y conceptuales.Esquemas teóricos y conceptuales.Variables e hipótesis.Variables e hipótesis.Diseño de Investigación.Diseño de Investigación.ggPoblación y muestra.Población y muestra.Colección de datos.Colección de datos.Análisis de datos.Análisis de datos.Resultados y hallazgos.Resultados y hallazgos.y gy g

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Formas y tipos de InvestigaciónFormas y tipos de Investigación

Formas: Puras y aplicadas;Puras: ”tiene como objeto el estudio de un

bl d ti d l i t lproblema destinado exclusivamente al progreso o ala simple búsqueda del conocimiento”.La investigación aplicada, se le denominag p ,también activa o dinámica y se encuentraíntimamente ligada a la anterior ya que depende desus descubrimientos y aportes teóricossus descubrimientos y aportes teóricos.Históricas: Describe lo que era.Dsecriptivas: Interpreta lo que es.Experimentales: Describe lo que será.

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Clasificación en base a los siguientes Clasificación en base a los siguientes criterioscriterios

P l ó i D l dP l ó i D l dPor el propósito: Documental, de campo, Por el propósito: Documental, de campo, experimentalexperimentalPor el nivel de conocimiento: Exploratoria. Por el nivel de conocimiento: Exploratoria. ppDescriptiva o explicativaDescriptiva o explicativaDel campo del conocimiento: Científica, filosóficaDel campo del conocimiento: Científica, filosóficaP l ti d i tP l ti d i t E tá i lE tá i lPor el tipo de razonamiento: Por el tipo de razonamiento: Expontánea,racionalExpontánea,racional, , empíricoempírico--racionalracionalPor el método utilizado: Analítico, sintética, Por el método utilizado: Analítico, sintética, , ,, ,deductiva, inductiva, histórica, comparativa etc.deductiva, inductiva, histórica, comparativa etc.

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Eejmplo:Eejmplo:Deducción Si en un periódico aparece la siguiente información: “Hoy la calidad del aire es baja. La visibilidad sólo llega a un cuarto de milla. Se espera que los contaminantes del aire estén por encima de 0.085 partes por millón (ppm) durante las siguientes ocho horas. Permanezca fuera de

l ti ibl d d d tsu casa el menor tiempo posible en caso de padecer de asma u otros problemas respiratorios.” ¿Cuáles de estos enunciados son cualitativos y cuales cuantitativos?

Los cualitativos son:Los cualitativos son: Hoy la calidad del aire es baja.Permanezca fuera de su casa el menor tiempo posible en caso de Padecer de asma u otros problemas respiratorios.

Los cuantitativos son: La visibilidad sólo llega a un cuarto de milla.Se espera que los contaminantes del aire estén por encima de 0.085 partes por millón (ppm) durante las siguientes ocho horas.0.085 partes por millón (ppm) durante las siguientes ocho horas.

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Definición de materiaDefinición de materia

LaLa materiamateria eses cualquiercualquier cosacosa queque ocupaocupaLaLa materiamateria eses cualquiercualquier cosacosa queque ocupaocupaunun espacioespacio yy queque tienentienen masamasaLaLa existenciaexistencia dede materiamateria enen formaforma dedepartículaspartículas sese denominadenomina masamasaDeDe laslas cuatrocuatro propiedadespropiedades dede lala materia,materia,lala masamasa yy lala energíaenergía sonson laslas queque seselala masamasa yy lala energíaenergía sonson laslas queque sesemanifiestanmanifiestan dede formaforma cuantitativacuantitativa enen laslastransformacionestransformaciones químicasquímicas;; sinsin olvidar,olvidar,queque todotodo cambiocambio ocurreocurre enen espacioespacio yyqueque todotodo cambiocambio ocurreocurre enen espacioespacio yytiempotiempo determinadodeterminado..

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La Química es el estudio de la La Química es el estudio de la materia la materia es cualquier materia la materia es cualquier cosa que ocupa un espacio y cosa que ocupa un espacio y ti í d d lti í d d ltiene masa así cada cosa del tiene masa así cada cosa del universo tiene relación con la universo tiene relación con la Química.Química.Y se subdivide en sustanciasY se subdivide en sustanciasY se subdivide en sustancias, Y se subdivide en sustancias, elementos, compuestos y elementos, compuestos y mezclas.mezclas.Las cuales tienen característicasLas cuales tienen característicasLas cuales tienen características Las cuales tienen características y propiedades particulares.y propiedades particulares.

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MATERIA

ESTÁ CONSTITUIDA

POR

son los componentes

de lasMOLÉCULASÁTOMOS

cuando adquieren lé t i

ESTÁN

cuando adquieren carga eléctrica, se

conviertenen en

carga eléctrica, se conviertenen en

FORMADOS POR OTRAS

PARTÍCULAS

pueden ser pueden ser

IONES

PROTONES

jejem

NEUTRONES

PROTONES

ELECTRONES

monoatómicos poliatómicos

ejem.ejem.

amonio, carbonato, ortofosfato,

etc.

cloruro, sodio,

hidrógeno

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ESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIAESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIAESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIAESTADOS FÍSICOS DE LA MATERIA

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SUSTANCIASUSTANCIASUSTANCIASUSTANCIA

U t iU t iUna sustancia es una Una sustancia es una forma de materia que forma de materia que tiene una composición tiene una composición definida (constante) ydefinida (constante) ydefinida (constante) y definida (constante) y propiedades propiedades características. Las características. Las sustancias difierensustancias difierensustancias difieren sustancias difieren entre sí en su entre sí en su composición y pueden composición y pueden ser identificadas por:ser identificadas por:ser identificadas por:ser identificadas por:su apariencia, su apariencia, olor, olor, sabor y sabor y otras propiedades.otras propiedades.

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MEZCLASMEZCLASMEZCLASMEZCLAS

Es una Es una combinación de combinación de dos o mas dos o mas sustancias en la sustancias en la cual las sustancias cual las sustancias conservan sus conservan sus propiedades propiedades características.características.

1515

CARACTERÍSTICAS DE UNA CARACTERÍSTICAS DE UNA MEZCLAMEZCLAMEZCLAMEZCLA

No tienen fórmula, pero sí una No tienen fórmula, pero sí una composición.composición.S d f l i tid dS d f l i tid dSe pueden formar con cualquier cantidad Se pueden formar con cualquier cantidad de sus componentes.de sus componentes.Sus componentes no reaccionan entre síSus componentes no reaccionan entre síSus componentes no reaccionan entre sí.Sus componentes no reaccionan entre sí.Sus componentes en la mezcla conservan Sus componentes en la mezcla conservan sus propiedades físicas y químicassus propiedades físicas y químicassus propiedades físicas y químicas.sus propiedades físicas y químicas.Sus componentes se pueden separar por Sus componentes se pueden separar por métodos físicos.métodos físicos.métodos físicos.métodos físicos.

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ELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOSELEMENTOS

UnUn elementoelemento eses unauna sustanciasustancia queque nono sese puedepuedesepararseparar enen sustanciassustancias masmas simplessimples porpor mediosmedios

í ií i SS tt di tdi t í b lí b lquímicosquímicos.. SeSe representanrepresentan mediantemediante símbolossímbolos yytienentienen propiedadespropiedades físicasfísicas específicasespecíficas..

1717

CARACTERÍSTICAS DE LOS CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOSELEMENTOS

--TienenTienen símbolosímbolo formadoformado porpor unauna oo dosdos letrasletras--NoNo tienentienen fórmulafórmula--SeSe encuentranencuentran enen lala tablatabla periódicaperiódica--NoNo sese descomponendescomponen enen otrasotras sustanciassustanciasmásmás simplessimplesEstánEstán formadosformados porpor átomosátomos deldel mismomismo tipotipo

queque tienentienen elel mismomismo númeronúmero atómicoatómicoqueque tienentienen elel mismomismo númeronúmero atómicoatómico--EsEs lala sustanciasustancia masmas simplesimple aa partirpartir dede lala cualcual

sese formanforman loslos compuestoscompuestossese formanforman loslos compuestoscompuestos--EsEs elel constituyenteconstituyente concon elel queque sese formanforman loslos

compuestoscompuestos

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Compuestos QuímicosCompuestos QuímicosCompuestos Químicos.Compuestos Químicos.Sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidasunidos químicamente en proporciones definidas.

Los compuestos solo pueden separarse por medios químicos.q

1919

CARACTERÍSTICAS DE LOS CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPUESTOSCOMPUESTOS

ÓÓTIENEN FÓRMULATIENEN FÓRMULASE PREPARAN CON CANTIDADES SE PREPARAN CON CANTIDADES FIJAS DE SUS COMPONENTESFIJAS DE SUS COMPONENTESFIJAS DE SUS COMPONENTES FIJAS DE SUS COMPONENTES LLAMADOS ELEMENTOSLLAMADOS ELEMENTOSLOS COMPONENTES (ELEMENTOS):LOS COMPONENTES (ELEMENTOS):LOS COMPONENTES (ELEMENTOS):LOS COMPONENTES (ELEMENTOS):REACCIONARON ENTRE SÍ PARA REACCIONARON ENTRE SÍ PARA FORMARLOFORMARLOFORMARLOFORMARLONO CONSERVAN SUS PROPIEDADES NO CONSERVAN SUS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICASFÍSICAS Y QUÍMICASFÍSICAS Y QUÍMICASFÍSICAS Y QUÍMICASSE PUEDEN SEPARAR POR MÉTODOS SE PUEDEN SEPARAR POR MÉTODOS QUÍMICOSQUÍMICOS

2020

Propiedades físicas de la materiaPropiedades físicas de la materiaPropiedades físicas de la materia.Propiedades físicas de la materia.

Propiedades físicas: se puede medir y observar sin que cambiePropiedades físicas: se puede medir y observar sin que cambiePropiedades físicas: se puede medir y observar sin que cambie Propiedades físicas: se puede medir y observar sin que cambie la composición o identidad de la sustancia: color, estado de la la composición o identidad de la sustancia: color, estado de la materia, punto de fusión y de ebullición, densidad, solubilidad, materia, punto de fusión y de ebullición, densidad, solubilidad, Cond. Elect., maleabilidad, ductibilidad y viscosidad.Cond. Elect., maleabilidad, ductibilidad y viscosidad.Propiedades extensivas; dependen de la cantidad de sustancia Propiedades extensivas; dependen de la cantidad de sustancia presente (masa, longitud y volumen).presente (masa, longitud y volumen).Propiedades intensivas; son independientes de la cantidad de Propiedades intensivas; son independientes de la cantidad de sustancia presente (densidad temperatura etc )sustancia presente (densidad temperatura etc )sustancia presente (densidad, temperatura etc.).sustancia presente (densidad, temperatura etc.).

2121

Propiedades químicas de la Propiedades químicas de la materiamateria

Propiedades químicas: para observar esta Propiedades químicas: para observar esta propiedad se debe efectuar un cambio propiedad se debe efectuar un cambio químico: se forman nuevas sustancias conquímico: se forman nuevas sustancias conquímico: se forman nuevas sustancias con químico: se forman nuevas sustancias con propiedades diferentes a las del material propiedades diferentes a las del material original: combustión, oxidación etc.original: combustión, oxidación etc.g ,g ,

Formación delFormación del

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Formación del Formación del precipitado de yoduro de precipitado de yoduro de plomo (II)plomo (II)

clorofila : verde, clorofila : verde, carotenoides: amarillo, naranja, café carotenoides: amarillo, naranja, café antocianinas: rojoantocianinas: rojo

Cambios de la materiaCambios de la materiaCambios de la materiaCambios de la materia

C bi fí i E t ti dC bi fí i E t ti dCambios físicos. En este tipo de Cambios físicos. En este tipo de cambios, la identidad de la sustancia cambios, la identidad de la sustancia se mantiene aunque quizá suse mantiene aunque quizá suse mantiene, aunque quizá su se mantiene, aunque quizá su estado físico o su tamaño burdo y la estado físico o su tamaño burdo y la forma de sus pedazos se modifiqueforma de sus pedazos se modifiqueforma de sus pedazos se modifiqueforma de sus pedazos se modifique

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Cambios de la materiaCambios de la materiaCambios de la materiaCambios de la materia

Cambios químicos: Es un proceso que involucraCambios químicos: Es un proceso que involucraCambios químicos: Es un proceso que involucra Cambios químicos: Es un proceso que involucra una o más sustancias que cambian para convertirse una o más sustancias que cambian para convertirse en nuevas sustancias. La reacción del Hen nuevas sustancias. La reacción del H22 con el Ocon el O22constituyen un ejemplo de una propiedad química. constituyen un ejemplo de una propiedad química. y j p p p qy j p p p qUna propiedad química incluye un cambio en la Una propiedad química incluye un cambio en la identidad de la sustancia.identidad de la sustancia.La representación del cambio mediante formulas La representación del cambio mediante formulas

í i d i ió í ií i d i ió í iquímicas se denomina ecuación química.químicas se denomina ecuación química.

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Reacciones químicasReacciones químicasReacciones químicasReacciones químicas

U i l áU i l áUn proceso que involucra una o más Un proceso que involucra una o más sustancias que cambian para convertirse sustancias que cambian para convertirse en nuevas sustancias se denomina cambio en nuevas sustancias se denomina cambio químico, que comúnmente se conoce químico, que comúnmente se conoce como reacción química. Cuando como reacción química. Cuando encuentres términos como explotarencuentres términos como explotarencuentres términos como explotar, encuentres términos como explotar, enmohecer, oxidar, corroer, decolorar, enmohecer, oxidar, corroer, decolorar, fermentar, quemar o podrir, el significado fermentar, quemar o podrir, el significado generalmente se refiere a una reacción generalmente se refiere a una reacción química en donde las sustancias reactivas química en donde las sustancias reactivas producen sustancias como productosproducen sustancias como productosproducen sustancias como productos producen sustancias como productos diferentes.diferentes.

2525

ECUACIÓN QUÍMICAECUACIÓN QUÍMICAECUACIÓN QUÍMICAECUACIÓN QUÍMICA

EsEs unauna formaforma dede describirdescribir unaunaEsEs unauna formaforma dede describirdescribir unaunareacciónreacción química,química, empleaempleasímbolossímbolos yy númerosnúmeros paraparasímbolossímbolos yy númerosnúmeros paraparaseñalarseñalar laslas proporcionesproporciones yy loslosnombresnombres dede laslas sustanciassustanciasimplicadasimplicadas enen lala reacciónreacción..pp

2626

ENERGÍAENERGÍAENERGÍA ENERGÍA

LaLa energíaenergía eses definidadefinida comocomo lala capacidadcapacidadlili t b jt b j t f it f i llparapara realizarrealizar unun trabajotrabajo oo transferirtransferir calorcalor..

EnEn todostodos loslos cambioscambios químicos,químicos, lala materiamateriaabsorbeabsorbe oo liberalibera energíaenergía LosLos principalesprincipalesabsorbeabsorbe oo liberalibera energíaenergía.. LosLos principalesprincipalestipostipos dede energíaenergía sonson:: energíaenergía mecánica,mecánica,energíaenergía calorífica,calorífica, energíaenergía eléctrica,eléctrica,energíaenergía químicaquímica yy energíaenergía luminosaluminosa ooradianteradiante.. LaLa energíaenergía tambiéntambién puedepuede serser

t i lt i l i étii étipotencialpotencial oo cinéticacinética..

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Calor específicoCalor específicoCalor específicoCalor específico

UnaUna propiedadpropiedad físicafísica dede lala materiamateria eses quequerequiererequiere unauna ciertacierta cantidadcantidad dede calorcalor paraparaproducirproducir unun cambiocambio enen lala temperaturatemperatura porporproducirproducir unun cambiocambio enen lala temperaturatemperatura porporunidadunidad dede masamasa dede unauna sustanciasustanciadeterminadadeterminada.. AA estoesto sese lele denominadenomina calorcalorespecíficoespecífico dede lala sustanciasustancia.. ElEl calorcalorespecíficoespecífico sese definedefine comocomo elel númeronúmero dedej lj l idid ll lljoulesjoules requeridosrequeridos parapara elevarelevar lalatemperaturatemperatura dede 11..0000 kgkg dede unauna sustanciasustancia aall 0000 KK oo elel númeronúmero dede caloríascalorías necesarionecesarioll..0000 K,K, oo elel númeronúmero dede caloríascalorías necesarionecesarioparapara elevarelevar lala temperaturatemperatura dede 11..0000 gg dedeunauna sustanciasustancia enen 11..0000°°CC

2828

Leyes de conservaciónLeyes de conservaciónLeyes de conservaciónLeyes de conservación

LasLas relacionesrelaciones entreentre laslas diferentesdiferentesformasformas dede energíaenergía sese describendescriben enenlala leyley dede conservaciónconservación dede lalaenergíaenergía,, lala cualcual estableceestablece queque lalaenergíaenergía nono sese creacrea nini sese destruyedestruye;;solosolo sese puedepuede transformartransformar dede unaunaformaforma aa otraotra..

2929

Conservación de la masaConservación de la masaConservación de la masaConservación de la masa

LaLa constanciaconstancia dede lala masamasa enen laslas reaccionesreaccionesLaLa constanciaconstancia dede lala masamasa enen laslas reaccionesreaccionesquímicasquímicas sese observóobservó concon tantatanta frecuencia,frecuencia, queque losloscientíficoscientíficos supusieronsupusieron queque elel fenómenofenómeno debíadebíapresentarsepresentarse enen todastodas laslas reaccionesreacciones yy resumieronresumieronpp yyeses observaciónobservación enen unauna leyley científicacientífica.. LaLa leyley dedeconservaciónconservación dede lala masamasa estableceestablece queque lala masamasanosnos sese creacrea nini sese destruyedestruye durantedurante unauna reacciónreacciónquímicaquímica sinosino queque sese conservaconserva LaLa ecuaciónecuación dede lalaquímica,química, sinosino queque sese conservaconserva.. LaLa ecuaciónecuación dede lalaleyley dede lala conservaciónconservación dede lala masamasa eses::Masa Masa reactivosreactivos = Masa = Masa productosproductos

El óxido de mercurio (II) produce mercurio + oxígeno El óxido de mercurio (II) produce mercurio + oxígeno 216 g 216 g == 200 g + 16 g200 g + 16 g

masa de reactivomasa de reactivo masa de productomasa de productopp

3030

Fase:Fase:Fase:Fase:

AA l il i tt dd i ti tAA cualquiercualquier parteparte dede unun sistemasistema conconcomposicióncomposición yy propiedadespropiedades uniformesuniformes sese leledenominadenomina unauna fasefase.. UnUn sistemasistema eses elelcuerpocuerpo dede materiamateria queque sese estáestá estudiandoestudiando..UnaUna mezclamezcla heterogéneaheterogénea sese componecompone dededosdos oo másmás fasesfases separadasseparadas porpor fronterasfronterasdosdos oo másmás fasesfases separadasseparadas porpor fronterasfronterasfísicasfísicas.. (aceite(aceite yy agua)agua).. EsEs importanteimportantehacerhacer notarnotar queque aunqueaunque unauna sustanciasustanciapurapura siempresiempre eses homogéneahomogénea enen susucomposición,composición, puedepuede existirexistir enen realidadrealidad enenmásmás dede unauna fasefase enen unun sistemasistemamásmás dede unauna fasefase enen unun sistemasistemaheterogéneoheterogéneo.. (Agua(Agua yy hielo)hielo)..

3131

MÉTODOS DE SEPARACIÓN MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE FASESDE FASES

DESTILACIÓNDESTILACIÓNDESTILACIÓNDESTILACIÓNCROMATOGRAFÍACROMATOGRAFÍAEVAPORACIÓNEVAPORACIÓNEXTRACCIÓNEXTRACCIÓNEXTRACCIÓNEXTRACCIÓNCRISTALIZACIÓNCRISTALIZACIÓNSUBLIMACIÓNSUBLIMACIÓNCONDENSACIÓNCONDENSACIÓNCONDENSACIÓNCONDENSACIÓNADSORCIÓN ADSORCIÓN

3232

Ejemplo de trabajo en el laboratorio, Ejemplo de trabajo en el laboratorio, para la separación de fasespara la separación de fases..

3333

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